關于極端天氣事件,IPCC報告說了啥? |
發表時間:2021-09-24 閱讀次數:12505 發布者:20190235 |
高溫熱浪、暴雨、洪水、干旱、林火,近年來,全球多地接連遭遇各種罕見極端天氣事件,造成當地重大生命和財產損失。這些極端天氣與全球變暖有無關聯?未來將如何發展?近期發布的聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)《氣候變化2021:自然科學基礎》,涵蓋了當前國際氣候學界對極端事件的科學認識。 我校地理科學學院李超研究員作為貢獻作者,參與了本次報告《決策者摘要》、《技術摘要》和《第十一章:氣候變化下的極端天氣與氣候》的編寫。以下是李超研究員對報告關于極端天氣事件結論的總結和解讀。
本次聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)氣候科學報告《氣候變化2021:自然科學基礎》單獨設立了“氣候變化下的極端天氣與氣候”一章,是IPCC主報告首次,凸顯出極端天氣愈發成為全球變暖最重要威脅的事實。 相比于第五次評估報告,本次報告以更多的證據和更高的信度指出人類活動引起的氣候變化已經影響了全球各個地區的極端天氣與氣候事件(圖一);未來任何的持續增暖都會引起愈加頻繁和嚴重的極端事件(圖二)。 此次IPCC評估報告更加注重對區域的評估,目的是為區域應對氣候變化提供更具操作性的科學指導。通過把全球劃分為一系列小區域,例如,除南極大陸的全球陸地部分被劃分為44個小區域,進而對每個區域、大洲以及全球的歷史和未來氣候變化展開綜合評估。
歷史變化事實
報告指出,自20世紀50年代以來,全球絕大部分地區極端高溫事件的頻率和強度在增加,同時,極端低溫事件的頻率和強度在下降。受區域陸氣相互作用影響,如土壤濕度以及冰雪覆被與氣溫的互饋,內陸半干旱和干旱地區以及冰雪覆蓋的高緯度和高海拔地區是極端溫度變化最劇烈的區域。城市熱島效應使城市遭受更多更強的熱浪威脅,尤其是夜間熱浪。1980年以來,全球海洋熱浪的數量增加了近一倍。 全球氣溫每上升1°C,大氣水汽增加約7%,從而導致極端降水增加。除了增強的水汽作用,與環流相關的動力過程改變也會影響極端降水。同時,極端降水的自然波動更劇烈。這些因素增加了檢測極端降水變化的難度。報告顯示,1950年以來,極端降水在大部分有觀測資料的區域呈增加趨勢,包括北美、歐洲和亞洲的區域。由于極端降水增加的速度整體快于平均降水,這導致一些地區的降水變率增加,從而給區域水資源管理帶來挑戰。 極端降水增加是否誘發更多流域洪水還取決于流域水文狀況和水資源管理策略等非氣候要素。據報告,在融雪主導的寒區流域,汛期開始的時間提前了。然而,就全球整體而言,有關流域洪水的變化趨勢仍缺少結論性共識,在不同地區呈現出或增或減的差異性。城市洪澇和山洪等驟發性洪水與極端降水關聯緊密。由于觀測資料的限制,此類洪水是否發生了普遍性的改變,仍需更廣泛的研究。 氣候變暖推高了大氣的蒸發潛力,從而影響一個地區可獲得的凈水資源量。報告指出,農業和生態干旱在遍布全球所有大洲的多個地區都有增加,這包括我國所處的東亞地區;只有個別地區出現了農業和生態干旱緩解的狀況。在地中海和東亞等地區也出現了水文干旱加劇的現象。觀測證據顯示臺風的強度,頻率、風速,引發的降水也發生了變化,但總體而言相關結論仍處于中等或以下信度水平。 值得注意的是,此次評估報告首次將“多碰頭”復合極端事件納入評估對象。報告將復合極端事件概括為“造成社會或環境影響的不同驅動因子組合發生的狀況“。常見的復合極端事件大體可以歸為四類:(1)前期影響型,例如春季干旱會加劇夏季熱浪;(2)同時發生型,如酷熱干旱事件;(3)接連發生型,如持續的日間和夜間熱浪;(4)空間關聯型,即空間上具有共同影響效應的多個事件。相比接連發生型,前期影響型的單個事件之間具有前后因果關系。復合極端事件被重視,在于其造成的影響遠大于單個事件單獨發生時的影響。報告顯示,1950年以來,復合極端事件在全球多個地區變的更加頻繁,包括酷熱干旱復合事件,誘發森林火災的綜合天氣條件,以及河口及海岸帶常見的復合洪水事件等。
圖一. 人類活動引起的氣候變化已經影響了全球多個地區(填色區域)的極端溫度、降水和干旱事件。 (圖源:https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/#SPM)
人類的影響 制定氣候變化應對行動以及開展未來氣候預估,前提需要理清人為因素(如CO2等溫室氣體的人為排放)還是自然因素(如太陽活動和火山爆發)主導了過去的氣候變化。 自IPCC第5次評估報告以來,氣候變化檢測歸因科學取得了新進展,人們可以更清楚地認識人類活動與極端天氣事件之間的聯系。主要進展包括(1)檢測歸因模式比較計劃(DAMIP)的實施,為細分不同人類活動因子的影響提供了大數據資源;(2)出現了改進的“最優指紋”趨勢歸因方法,可以更準確地考慮極端氣候變量特有的統計特征;(3)涌現了多種極端事件歸因方法以及大量有關全球各地極端事件個例的歸因研究。 得益于此,報告以更高的信度指出,全球大部分地區極端高溫和極端低溫變化的主要驅動力來自于工業革命以來人類活動排放的溫室氣體。并首次在本次IPCC主報告中提出,如果沒有人類活動的影響,全球多地遭受的異常極端甚至突破歷史記錄的高溫事件幾乎不可能發生。需要注意,在非洲等一些地區,由于缺少長序列觀測資料,極端事件的歸因證據仍然缺乏。 在美洲、歐洲和亞洲,幾乎可以確定人類活動引起了極端降水的增加。而在更小的區域尺度上,人類活動影響極端降水的證據還相對有限??傮w而言,極端降水的歸因信度相對極端溫度較低。這一方面源于極端降水的自然波動大,理解其變化需要更多觀測資料。另一方面,物理模式是歸因研究的重要工具,而當前模式模擬極端降水的不確定性大,限制了歸因結論的可靠性。 人類活動可能是導致全球多個區域遭受更加頻繁和嚴重的農業和生態干旱的主要原因;人為氣候變暖可能是造成全球水文干旱整體加劇的原因,但人類取用水等也是重要的驅動因素。由于干旱往往持續數月至數年,導致干旱的觀測樣本比降水更少。同時,干旱在很大程度上反映的是降水虧缺,因此干旱歸因也受限于模式對降水的模擬技巧,歸因結論的信度總體也較低。 洪水和臺風的歸因受觀測資料和模式性能的制約更加嚴重,其中洪水的歸因還進一步受大尺度水文模型精度的制約,有關二者的歸因信度也普遍較低。但是,針對颶風哈維等典型臺風個例的歸因結果顯示,人類活動增加了臺風降水量。 直接對復合極端事件開展的嚴格歸因研究尚不多見?,F有關于森林火災的歸因,要么是對利于火災發生的各天氣要素分別歸因,要么是對某一綜合指數進行歸因。后一種策略也常用于歸因影響人體健康的濕熱復合極端事件。由于復合極端事件中單個事件的極端性可能并不強,今后氣候變化檢測歸因科學需要發展適用于復合極端事件多變量特征的新方法。 關于未來 2015年《巴黎協定》提出到本世紀末將全球平均溫升控制在工業化前水平的2°C以內,并努力追求1.5°C溫控目標。此后,IPCC報告增加了基于溫升水平的氣候變化評估。這一改變也促成了本次主報告以高信度強調,未來每0.5°C的增暖都會顯著改變全球大部分地區極端天氣與氣候事件的頻率和強度,包括極端溫度、極端降水、干旱等(圖二)。 報告指出,未來全球絕大部分有人口居住的地方都將出現更多、更強、更持久的極端高溫。即使最終實現1.5°C溫控目標,也難以完全避免這種風險。例如,據報告,1850-1900年間平均50年才發生1次的極端高溫事件,在當前氣候狀態(溫升~1.0°C)下大約每10年發生1次;實現1.5°C溫控目標,大約每5年發生1次;而若放任全球升溫至4°C,則每年都會遭遇至少1次同等嚴重的高溫。這種頻率變化的背后是高溫強度的持續加強。值得注意,以上是對全球平均狀況的預估,部分地區的形勢會更加嚴峻(參考https://doi.org/10.1175/JCLI-D-19-1013.1)。 未來會出現更多更強的極端降水。平均而言,極端降水強度隨全球變暖的增幅約為7%/°C,但會表現出一定的區域差異,這取決于增暖以及環流變化的區域性。與極端降水關聯緊密的城市雨洪和山洪等驟發性洪澇災害也將變得更加頻繁和嚴重。流域洪水在不同地區將會增加或減少,但總體而言,增加的區域多于減少的區域。未來總的臺風頻率可能略微下降或基本不變,但強臺風的比率會升高,強臺風的風速也會增加。 隨著變暖的持續,未來更多的地區將會遭遇更頻繁更嚴重的干旱。當溫升在1.5-2.0°C時,全球多個地區會遭遇更加嚴重的農業和生態干旱,而當氣候變暖至4.0°C時,全球一半地區將遭遇更嚴重的農業和生態干旱。水文干旱在一些地區也將變得更加嚴重。加劇的干旱會影響陸地的碳匯功能。 未來也會有更多的區域遭遇更多的復合極端事件,包括持續增多的酷熱干旱復合事件,更容易誘發野火的天氣條件,河口海岸地區將面臨增多的極端降水、河道洪水、海平面上升、風暴潮等。 值得警惕的是,未來極端溫度、極端降水、干旱等表現出依賴于事件極端程度的非均勻變化特征——越極端的事件變化越快,尤其是對頻率變化而言。這種非均勻變化,一方面會導致未來極端事件變得更加反復無常,另一方面“小概率高影響”事件將會更容易出現,從而大大增加防范極端氣候風險的挑戰。 ![]() 圖二. 未來任何的持續增暖都會引起愈加頻繁和嚴重的極端溫度、降水和干旱事件。 (圖源:https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/#SPM;依據:https://doi.org/10.1175/JCLI-D-19-1013.1)
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