互动科普

全球变暖让极端天气频发

撰文 奎林·希尔梅耶尔（Quirin Schiermeier） 翻译 刘荣

每次天气变得异常时，记者、政客和普通民众都会问同一个问题：“这是全球变暖的结果吗？”

去年，巴基斯坦大洪水和俄罗斯创纪录的热浪之后，这样的疑问出现；今年美国东南部遭遇反常龙卷风群、非洲则遭遇严重干旱时，这样的疑问再次出现。8月，飓风“艾琳”袭击美国东海岸时，人们对这个问题更加关注。

多数气候学家都会选择避免回答这样的问题。科学的原则使他们不会在缺乏确凿证据的情况下，把某场特定的干旱或飓风归因于气候变化；科学家只能使用科学的方法去测量海洋蒸发率、水汽、云体以及大气环流之类的数据，并通过数据的变化来表明，随着全球变暖，极端气象事件的发生频率会怎样变化。

但现在，这种回避的态度慢慢开始改变。美国航空航天局戈达德太空研究所的气候分析专家加文·施密特（Gavin Schmidt）表示，由于统计工具的改进，他的“想法改变了”。他说，通过气候模型和计算机，“找到极端气象事件的成因有难度，但并非不可能”。今年2月发表在《自然》期刊上的两项研究，揭示了极端气象事件与气候变化之间的联系：其中一项着眼于2000年肆虐英国的大洪水，另一项则着眼于北半球自20世纪末开始不断增加的强降雨。

而在2010年，美国和英国的气候科学家就围绕着“气候相关事件归因”（Attribution of Climate-related Events，ACE）这一主题，组建了一个宽松的研究团队，并为建立一个系统的气象归因项目而合作进行了一系列基础研究。团队的最终目的是希望创立一个国际系统，当不断变化的气候对于极端气象事件产生影响时，甚至产生影响之前，就对它作出评估，并在每天的常规天气预报中播报。

ACE研究团队的领导者之一，埃克赛特英国气象局哈德利中心的气候学家彼得·斯托特（Peter Stott）表示：“我们的想法是，以大约一个月为间隔，检视数据的变化， ”并将其影响关联起来。斯托特已经撰写了一份关于建立一个实时归因系统的计划与要求的白皮书。

极端气象事件频率在上升

无论是以生命还是财产的损失来衡量，极端气象事件都属于已知最具破坏力的自然灾害：2003年欧洲热浪导致近4万人死亡，2005年9月的卡特里娜飓风使美国墨西哥湾沿岸遭受了800多亿美元的经济损失。更糟的是，损失正在不断上升，美国国家气候数据中心的资料显示，自1980年以来，那些造成数十亿美元损失的气象灾害的发生频率已经至少翻了一番。

知道那些灾难是如何发生的，事关为此承保的保险公司的核心利益；事关市政工程师决定是否以及如何加固堤坝这类防护设施；也事关社区、地区和国家如何去适应长期气候变化。如果灾害发生频率的激增是自然周期的结果，那么将会很快归于平静。但如果是由于全球变暖，则损失和破坏还会无限上升。

找出极端气象事件的可信原因，对于普通民众理解气候变化也是非常重要的，这会让他们乐意去支持那些减少温室气体排放的措施。不同于气候变化造成的海平面缓慢上升这样遥远的影响，区域性极端气象事件会立刻给他们造成确实的、极为强烈的记忆。调查发现，相比没有亲身经历过的人，那些对气候变化有切身感受的人更容易相信气候变化是一个亟待解决的问题。

制定科研规划

考虑到研究的重要性，ACE研究团队计划，通过把英国气象局和美国国家大气研究中心的观测数据代入周期性预报和长期气候模型，来研究气候与气象之间的系统性联系。

然而，归因研究并不是一项简单的工作，因为特定的气象事件受许多因素的影响。全球气候变化必然有所表现，例如从理论上说，更热的大气能容纳更多水蒸气，产生更多风暴，因为风暴是以水汽和热量为驱动力。但自然的气候循环具有同样明显的效果，比如厄尔尼诺现象。早在人类往大气中排放工业级别的二氧化碳之前，反常天气现象就已经是一个问题了。

所以，ACE研究团队当前的目标是对极端气象事件进行“部分归因”，估算出每个事件在多大程度上受人类活动造成的温室气体浓度升高的影响，又在多大程度上受自然循环的影响（见右上图）。今年2月发表于《自然》上的文章，提供了一些开创性的研究方法。其中一项，牛津大学的大气科学家帕尔迪普·珀尔（Pardeep Pall）和他的研究团队，对2000年秋英格兰和威尔士地区的天气做了数千次模拟实验。其中一些实验包含已观测到的由人类活动产生的温室气体数据，另一些则没有。研究人员把每次模拟实验的结果导入一个降水与河流径流的模型中，来看会导致哪种类型的洪水。有10%的实验结果表明，人类在20世纪排放的温室气体对地区性洪水的发生概率没有影响。但有2/3的结果却表明，温室气体的排放让发生2000年那种毁灭性洪水的风险增加了90%。

另一个由加拿大环境部气候研究司的气候科学家闵升基（音译，Seung-Ki Min）领导的研究团队也使用了类似方法。从20世纪下半叶开始，北半球强降雨次数不断增加，受到这个观测结果的启发，该团队将真实的降水数据与六种不同的气候模型（分别预设了有温室气体引起气温升高及没有的情况）的模拟数据进行了比较。他们发现，这些强降雨模式不符合任何一个自然循环的预设，却非常符合那些温室气体引起气温升高的预设。

这种归因研究也能确认哪些极端气象事件不是由于气候变化引起的。美国国家海洋及大气局的兰德尔·多尔（Randall Dole）及同事在3月发表的研究指出，2010年发生在俄罗斯的严酷热浪只是自然气候循环的结果。

尽管基本的研究方法是明确的，斯托特仍表示，归因研究方法受到它使用的气候模型的制约。他说：“我们仍然需要去了解，我们可以确切地归因哪种类型的气象事件，但是用于此项研究的气候模型仍然不够完美。”

斯托特认为，为热浪这类与温度相关的极端气象事件寻找原因相对简单，而与降水相关的极端气象事件的归因研究要难得多，因为气候模型要考虑的变量除了降雨，还有土壤、自然地形、人类对河流与湿地的管理等因素。还有一些气象事件，目前还完全不能将它们与气候变化联系起来。比如，龙卷风的产生频率取决于潮湿空气对流（助长龙卷风形成）与风切变（wind shear，扰乱龙卷风形成）之间的平衡，但科学家却不能确定气候变化会怎样影响该平衡。

还有一个缺陷是气候模型有限的空间分辨率。例如，现在的研究人员对于小规模“对流降雨”的描述过于粗糙，这是一种由靠近地面的暖湿气流生成独立雷雨云的常见现象。在安第斯山脉或喜马拉雅山脉这样的山区，判断是否产生了这种对流，甚至比对它们进行建模还困难。

这些气候模型的缺陷解释了为什么许多气候科学家仍然对归因研究持怀疑态度。美国佐治亚理工学院的气候学家朱迪丝·加里（Judith Curry）对此类研究方法的评价是“合乎科学，但不完善”。就连自认“转变了想法”的施密特也谨慎地表示：“还有很多需要改进的地方。”

展望未来

ACE研究团队计划在白皮书中公布了这些不足。研究团队建议，通过大规模整合多个气候模型和所有可获得的数据，处于领导地位的实验室（如美国大气研究中心和英国气象局）可以首先对过去50年中比较重要的极端气象事件都进行部分归因研究。通过从回顾性研究中吸取的经验，科学家能进展到对现在的气象事件进行常规归因分析，以及对极端气象事件进行基本的预报。

这项计划会花费多少钱，以及谁会为此提供资金还不清楚。与美国大气研究中心合作的英国气象局气候学家凯文·特伦博斯（Kevin Trenberth）估计，数百万美元就足以促成一个国际协作项目，使其他地方的研究机构能够共享英国气象局等机构已经投入使用的设施。这已经是投入最小的方案了，其他方案所需投资远比这个多。

当前的经济形势，使得大西洋两岸的国家都在想方设法削减财政预算，特伦博斯承认，启动这样一个计划现在看来还很遥远。然而这并不是说气象和气候问题不被政治决策者们所重视。卡特里娜飓风这样的极端气象事件可能将迫使政客们认识到，对气象归因研究的投资，或许能避免更大的损失。