人类活动与极端天气

人类活动与极端天气poguy 发表于 2012-02-06过去几年，洪水、暴雪等天气现象及其造成的重大损失经常占据各类媒体报道的头条。暴雪、 狂风、洪水、干旱和热浪等之所以会被媒体被大家关注，主要原因是这些极端的天气事件往 往给民众的生活带来极大的不便，有时还会造成巨大的生命和财产损失，甚至有可能造成社 会动荡的局面。2010年发生在俄罗斯破纪录的热浪，引起了全国大范围的野火、近40年来最严重干旱，并 导致了近九百万公顷的农产品绝收。甚至有人怀疑阿拉伯之春的发生都与这次热浪引发的 粮食减产有关。同是去年，由于遭遇季风带来的强降雨，巴基斯坦大概有五分之一的国土都 发了洪水。据巴基斯坦政府统计，这次洪水直接影响到了两千万人，其中死亡人数两千多， 经济损失高达430亿美金。作为与俄罗斯、巴基斯坦共享一片天的中国也不能独善其身。去年汛期以来，我国诸多城市 就轮番出现了 水漫金山的景象。北京、武汉等城市摇身一变成了 水城。网友们也就此写 了诸如到北京去看瀑布、到武汉去看海等流行段子。针对极端天气事件，早在2007年发布的IPCC AR4就提到过去几十年全球大多数地区极冷的 天数减少，极热的天数增加；强降水事件增加；北大西洋地区热带气旋强度增加等现象。更 为让人不安的是从美国国家气候数据中心最新的数据来看，从1980年到现在，能造成十亿 美元以上损失的极端天气事件的发生频率已经翻番了。因为天气事件是跟气候状况紧密结合在一块的，那么一个很自然的问题就是：这些极端天气 的发生到底跟气候变化有关系吗？这些极端天气跟我们人类的活动有关系吗？天气现象确实与大的气候背景有关系，气候发生了变化，天气也应该会有相应的改变。不过， 因为天气本身就是在变化的，所以这话反过来说就不对了。其实，在气候变化问题的研究中， 全球变暖与极端天气之间的关系是最受关注，但确定性结论较少的研究方向之一。之所以难 以有确切的结论，这与气候系统的复杂性有关系。气候系统是一个包含了大气、海洋、冰、 陆地、生物等圈层的复杂系统。每个圈层内也有众多的物理、化学和生物过程。虽然，通过 科学家的努力，对整个系统的大趋势有了比较深入的了解，比如：二氧化碳浓度的升高会增 强温室效应进而提高全球表面的平均温度;升高的温度会使陆地冰川融化以及海水膨胀从而 导致海平面升高等。不过，具体到气候系统内部的某个区域或者具体某个时间段的过程，我 们的认识还远远不够，而极端天气恰恰属于这一类问题。接下来，我们就按照科学家对不同 问题答案的确定程度来谈谈相关的几个问题。全球是在变暖吗？是。在地球是否变暖的问题上，科学家们是有共识的，主要是因为有足够多的数据来证明我们正 在经历快速的变暖过程。各国科学家多年积累的数据表明全球海洋及大气平均温度正在升高。 IPCC AR4的发布年（2007年）之前的12年内有11年属于有仪器记录（1850年）以来的最温暖的 12个年头。如果用直线拟合来看温度变化速度的话，我们会发现不但温度在升高，其升高 的速度也是在增加的。而且，温度的升高是全球范围内的，其中又以北半球的高纬度地区最 为明显。除此之外，升温不但发生在大气底层，海洋也一样热起来了。始自1961年的海洋 观测资料显示全球海洋温度升高的信号已经传到至少3000米的深海了。需要说明的是，变暖的结论是基于相互独立的几套数据得到的，其可信性比之单一数据大大 增强。这些数据有的是陆地数据，有的是海洋数据，但这些数据都得到同样的结论-地球表 面的平均温度在升高。除了直接的温度观测数据，其他观测到的现象，如北极地区海平覆 盖区域的快速缩减；南北半球冰川和雪的覆盖面积减小；平均海平面升高幅度超过冰雪融化 的贡献等都与全球变暖的结论相符合。全球变暖是人类活动导致的吗？极其可能是。正如上文提到的，气候系统是一个由大气，海洋，冰和陆地构成的复杂系统。气候系统内的 各个组成部分内都存在着多种物理、化学和生物过程，除此之外，各组分之间还能相互作用。 尽管气候系统是如此的复杂，但通过气候学、大气科学、海洋学等各个领域内专家的努力， 我们对于导致气候变化的因素已经基本了解。这些因素可以分为两大类：自然因素和人为因 素。自然因素中，首先应该提到的是太阳辐射。太阳是地球气候系统能量的最终来源，其辐射强 度的变化对于气候系统有很强的作用，但根据现有的观测来看，过去几十年太阳辐射的变化 非常小，根本不足以解释观测到的全球变暖现象。其次，地球公转轨道和自转状态的变化也 能导致地球接受太阳辐射的多少和分布发生变化。因为这类变化引起的气候变化非常缓慢， 大概是万年及十万年量级上的，所以也不能解释我们经历的全球变暖。除此之外，火山喷发 释放出大量的硫化合物和烟尘、波浪破碎产生的海盐等会在大气里悬浮，也就是所谓的气溶 胶。他们可以通过直接影响太阳辐射或是形成云影响太阳辐射来影响气候。最后，地球表面 是由很多的板块组成的，而且板块是运动的。板块的运动会改变海陆的分布，从而改变地球 表面辐射的分布，大洋环流和大气环流也会发生相应的变化，这些都会引起气候的变化。因 为板块运动的速度非常非常慢，这种影响的尺度应该是百万年级的。再来看人为因素，人类活动主要通过三种方式来影响气候。首先是燃烧化石燃料排放温室气 体。温室气体在大气中增多，其导致的温室效应增强会使地球系统的辐射平衡发生变化，使 更多的热量困在地表附近，导致平均温度升高。再者，人类燃烧化石燃料还会排放大量的气 溶胶，比如烟尘，硫化物等。这些都会对影响辐射能量在大气内部的传播和吸收。IPCC报 告的结果显示人类排放的气溶胶对气候的整体作用是降低温度。也就是说，空气污染反而缓 解了全球变暖的趋势。如果我们将来把污染治理好了，就相当于又对全球变暖作贡献了。从 这个角度看，治理污染还成了一个两难的选择了。除此之外，地表状况的改变，比如大面积 的毁林等，也会影响地表对太阳辐射的反射，所以也会对气候有相应的影响。数值模型是科学家们研究气候变化的利器。气候学家们通过包含自然因素和人为因素的数值 模式模拟了过去几十年气候变化的过程。他们发现仅仅包含自然因素的模型不能反应观测到 的过去几十年发生的全球变暖现象，而包含了人为因素的模型则能很好的重现观测到的趋势。 因此，科学家们认为我们现在正在经历的全球变暖有非常大的可能是由于人类活动所致。 全球变暖会影响极端天气吗？可能会。气候学家们对于这个问题的回答是比较谨慎的。一般认为，全球变暖可能会导致极端天气频 率的增加和强度的增大，不过这是在统计意义上谈的，具体到某一次的极端天气，还是很难 确定它是不是全球变暖导致的。按照现在的研究，有些极端天气，比如高温、暴雨等，很可能已经并将继续受到全球变暖的 影响。这个结论是基于观测数据以及气候学家对气候系统内过程研究的结果，以及公认的物 理学知识，如克劳修斯一克拉贝龙方程等，所以还是比较可信的。拿暴雨来说，因为水的蒸 发过程和大气容纳水蒸气的能力都与温度有关，所以全球变暖发生后，水汽在气候系统各个 圈层内及圈层之间的循环交流过程会发生变化，而这会造成降水频率、强度和分布的变化。 具体来说，全球温度升高的过程中，陆地和海洋中的水份的蒸腾和蒸发过程会增强，所以原 本干旱的地方很可能会更干旱。同时，大气的蓄水能力也会相应增加，因此降水发生时的 可用水量也就大大增加。这样的结果就是，一旦降水过程被触发，降水的强度比之变暖之前 要大的多，因此也就更容易造成洪涝灾害。另外，全球变暖还会影响大气环流，进而影响高 低压、上升下降气流等的空间分布。这些变化发生后，很多地区的小区域气候就会受到影响， 原本很少出现的天气现象可能就会多起来。这对于已经适应原本正常频率和强度极端天气的 人们来说，就会带来很多问题。比如，原本工作良好的城市排水系统就完全不够用了，进而 导致严重的城市内涝问题。考虑到现在普遍认为人类活动是导致全球变暖的主要原因，再加上全球变暖可以影响到某些 极端天气的强度和发生频率，所以也可以说人类活动改变了极端天气的强度和频率。 北京暴雨这类事件是全球变暖导致的吗？很难说。虽然人类活动导致的全球变暖确实会影响某些极端天气的强度和频率，但具体到某一次极端 天气事件，科学家还很难分清它是不是因为人类活动所致。之所以出现这种困境，主要还是 因为可以影响到天气的因素太多了。除了全球变暖，一些持续周期较短的自然存在的气候现 象，如厄尔尼诺，拉尼娜，甚至季节更替都会对天气产生影响，而很多现象可导致的结果又 是类似的。同时，因为受限于对这些短时间过程不够了解，现有数值模型的不足以及计算能 力的欠缺，科学家们还不能大范围的开展利用模型评估各个相关过程对某次极端天气事件的 影响，进而确定全球变暖在其发生过程中起到的作用。不过这种情况正在发生改变。因为极端天气对老百姓生活的影响实在太大，各国政府的政策 制定者们也迫切的需要了解全球变暖可能造成的潜在危害，所以科学界正在加紧这方面的研 究。年初，著名的学术刊物Nature就刊登了两篇相关的研究，分别探讨了 2000年英国 的洪水以及20世纪后期北半球强降水增加与气候变化的关系。相信随着在这方面投入的增 加，以及统计工具的发展、数值模型分辨率的提高和计算能力的增加，人们对全球变暖和极 端天气之间的关系会越来越清楚。结语：大家可以看到，通过诸多科学家的努力，我们已经认识到人类的活动已经切切实实的影响到 了整个气候系统，造就了一个越来越热的世界。伴随着这个越来越热的世界，不仅仅是越穿 越少的衣服，还很可能有那些超级杀手-风暴、热浪、干旱、洪水等。跟这些杀手PK， 我们单个的人，甚至单个的国家都是没有胜算的。大家只有携起手，一起作战才有可能获胜。