隨著氣候增暖，極端強(qiáng)降水頻繁襲擊全球各地。同時(shí)，全球較多地區(qū)干旱顯著增加，嚴(yán)重影響水資源和能源供應(yīng)，觸發(fā)野火等災(zāi)害。同時(shí)存在的旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象，頻繁而劇烈的干濕轉(zhuǎn)換，已置地球氣候于“水深火熱”之中。

氣候增暖正在使得全球水循環(huán)增強(qiáng)，表現(xiàn)為全球平均降水增加、大部分地區(qū)極端降水增強(qiáng)。綜合理論研究、數(shù)值模擬、觀測診斷和檢測歸因研究等多方面的證據(jù)，科學(xué)界對(duì)平均降水和極端降水變化的物理機(jī)制認(rèn)識(shí)越來越清晰。2013年和2021年發(fā)布的政府間氣候變化專門委員會(huì)第五次和第六次評(píng)估報(bào)告分別指出：“人類活動(dòng)導(dǎo)致陸地降水型的大尺度變化”，“人類活動(dòng)正在使得包括熱浪、強(qiáng)降水和干旱在內(nèi)的極端氣候事件變得更頻繁和更嚴(yán)重”。

然而，降水不斷呈現(xiàn)出更加復(fù)雜多變、難以捉摸的脾性——這就是降水變率在變化。降水變率是指降水隨時(shí)間的波動(dòng)幅度，常以標(biāo)準(zhǔn)差衡量。降水變率越強(qiáng)，則降水在時(shí)間上的分配越不均勻，水資源供給越不穩(wěn)定。同時(shí)，“濕期更濕、干期更干”，干濕振蕩更加劇烈。降水變率的強(qiáng)弱變化直接影響社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)的氣候恢復(fù)力。盡管氣候預(yù)估研究提出理論上全球降水變率將隨著未來增溫而增強(qiáng)，但在實(shí)際觀測中人類活動(dòng)是否已經(jīng)改變降水變率尚無證據(jù)。

7月26日，中國科學(xué)院大氣物理研究所副研究員張文霞、研究員周天軍等與英國氣象局的研究人員合作，在《科學(xué)》（Science）上發(fā)表了題為《人類活動(dòng)導(dǎo)致過去百年來全球降水變率增強(qiáng)》的研究論文。該研究提出，過去百年來，全球陸地降水變率已在顯著增強(qiáng)，并可歸因于人為溫室氣體排放。

該研究利用國際上所有可公開獲取的逐日降水觀測資料，通過嚴(yán)格篩選和系統(tǒng)分析，揭示了1900年以來，在觀測資料充足的地區(qū)，全球約75%的陸地上降水變率已增強(qiáng)，其中尤以歐洲、澳大利亞和北美東部最為顯著。降水變率的增強(qiáng)涵蓋多個(gè)時(shí)間尺度，包括天氣尺度、月尺度和季節(jié)內(nèi)尺度。就全球平均而言，逐日降水變率正在以1.2%/10年的速率增強(qiáng)。

為剖析上述現(xiàn)象背后的物理原因，該團(tuán)隊(duì)基于兩層約化水汽收支動(dòng)力診斷模型和最優(yōu)指紋檢測歸因法，發(fā)現(xiàn)降水變率的增強(qiáng)可歸因于人為溫室氣體排放，且由熱力作用主導(dǎo)。溫室氣體增溫引起大氣水汽含量增加，使得降水異常幅度增大、變率增強(qiáng)。同時(shí)，大氣環(huán)流的變化在年代際尺度上影響降水變率，且這種動(dòng)力作用存在明顯的區(qū)域特征。

“此前我們僅在氣候預(yù)估研究中發(fā)現(xiàn)降水變率未來將隨增溫而增強(qiáng)，這里我們基于歷史觀測資料，發(fā)現(xiàn)隨著人為氣候增暖的累積，降水變率在過去百年來已經(jīng)增強(qiáng)。綜合觀測分析、物理過程診斷和檢測歸因，這項(xiàng)研究為認(rèn)識(shí)全球變暖對(duì)降水的影響提供了新認(rèn)識(shí)，為深化多尺度水循環(huán)變化機(jī)制研究提供了新證據(jù)，” 張文霞說，“需要注意的是，關(guān)于人為氣候增暖增強(qiáng)降水變率的信度目前主要在歐洲、北美東部和澳大利亞這幾個(gè)區(qū)域。在更小的空間尺度上，由于氣候內(nèi)部變率影響更大，歸因信度會(huì)下降。同時(shí)，全球仍有許多地區(qū)由于觀測資料不足目前尚無法給出可靠結(jié)論，這些區(qū)域需要加強(qiáng)氣候監(jiān)測?！?/p>

“氣候變化研究傳統(tǒng)上主要關(guān)注平均態(tài)和極端事件的變化，關(guān)注全球變暖對(duì)氣候變率的影響是一個(gè)新視角。伴隨降水多變性的增強(qiáng)，旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象在全球許多地區(qū)將更頻繁、更劇烈。極端氣候事件之間的劇烈和快速轉(zhuǎn)換印證了極端事件的復(fù)合性這一新特征。降水變率增強(qiáng)將對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源管理、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，也對(duì)防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)對(duì)氣候變化提出了新的挑戰(zhàn)，”周天軍說，“由降水變率增強(qiáng)帶來的一系列影響已經(jīng)凸現(xiàn)，社會(huì)各界對(duì)此需要高度重視，并采取切實(shí)有效的措施來減緩其不利影響。”

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國氣象局氣候變化專項(xiàng)和中英“氣候科學(xué)支持服務(wù)伙伴關(guān)系中國項(xiàng)目”的支持。

論文鏈接

北美一站點(diǎn)1901-1920年（上圖）與2001-2020年（下圖）逐日降水時(shí)間序列（緯度：41.7°N，經(jīng)度：94.5°W），降水變率增強(qiáng)。