極端天氣“潘多拉魔盒”為何頻繁打開?權威解答來了!

2021年11月04日10:00

  從天氣氣候的角度看,2021年我國大部分地區是從異常極端天氣氣候事件開始的。2021年開年那場刺骨寒潮,很多人記憶猶新,然而2020/2021年冬季卻是個暖冬。

  隨後的幾乎每個月,都有極端天氣出現——春季北方遭遇近10年來少有的強沙塵暴;4月至9月,我國出現中等強度以上龍捲風次數17次,超常年平均;7月,鄭州最大小時降雨量突破我國內陸地區歷史極值;9月至10月上旬,北方地區降水量為1961年以來歷史同期最多……

  不僅在東亞,極端事件在全球多地頻現。2月中旬,冬季風暴“烏里”襲擊北美大部,多地氣溫突破歷史極值;6月,在罕見高溫熱浪加持下,49.7%的美國西部地區經曆“極端”乾旱;7月,德國部分地區24小時降水量達到100毫米至150毫米,導致至少179人死亡……

  這一年

  在以全球變暖為主調的舞台上

  極端天氣的“潘多拉魔盒”

  被頻繁打開

  這一切

  是如何產生聯繫的?

  極端天氣與極端氣候:

  並非同一件事,但又糾結纏繞

  極端天氣事件和極端氣候事件是兩個不同的概念。儘管我們常常將二者連在一起說,但其形成機理各不相同。

  何為極端天氣氣候事件?

  極端事件一般定義為某種天氣或氣候變量的值,超過閾值而發生的現象。閾值常取該變量高端(或低端)附近的某一值(如≥2σ或3σ),一般出現概率低於10%。

  某些氣候極值或事件可以是多次天氣或氣候事件積累的結果,而每一次事件本身可能並不是極端的。即個別過程不是極端的,而其累積結果是極端的,並且是持續的。

  假設將極端天氣事件比作擲骰子,有的極端天氣事件,主要是由大氣內部活動造成,具有很強的隨機性,比如尺度非常小的強對流天氣。今年4月30日,江蘇沿江及其以北大部地區遭受大風、冰雹等強對流天氣,南通沿海部分地區最大風速達47.9米/秒(15級);5月14日,蘇州和武漢同日先後出現強龍卷天氣,現場災害調查分析顯示最大風力可達17級以上。

  還有一部分極端天氣事件,其發生與氣候系統的年際變化和氣候的長期變化(如全球變暖)存在一定關聯。在後者提供的有利背景場上,極端天氣事件的頻次、強度、範圍等統計特徵都發生了改變。比較明顯的是全球變暖趨勢使得各個季節的氣溫逐年升高,導致夏天極端熱浪、暴雨、強颱風等極端天氣事件增多增強。

  而極端氣候事件因為持續時間較長,一般情況下外部因素的作用較大,比如今年年初氣溫急劇變化和入秋推遲、寒潮早到等現象,都和全球變暖有關。

  但通常,因為氣候系統本身是個複雜、高度非線性、開放的巨型系統,無論是極端天氣事件還是極端氣候事件,都是多種複雜因素相互作用而成的。有專家團隊曾花費兩年多時間才基本研究清楚廣州某一場暴雨案例,其複雜性可見一斑。

  全球變暖:

  孕育不穩定事件的溫床

  在討論大部分極端天氣氣候事件時,全球變暖是一個無法忽略的重要背景。

  根據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第六次評估報告(AR6)第一工作組報告,2011-2020年平均溫升相比工業化前(1850-1900年)增加了1.09℃,2001-2020年平均溫升較工業化前增加0.99℃。氣候正在迅速變暖,而且這種增暖是全球性的。全球變暖不僅僅讓全球的氣溫升高,也讓與我們息息相關的氣候系統正在發生巨變。在這個棋局中擲“極端事件”骰子,儘管擲骰子本身是隨機事件,但擲骰子的頻率已經發生變化。

  以極端高溫事件為例,全球絕大部分地區極端高溫事件出現的頻率和強度自20世紀50年代以來在增加,這已經被多個報告和數據證實。

  氣溫升高的影響很快波及北極。由於“北極放大效應”,北極海冰損失、格陵蘭冰蓋融化,強降水、內陸洪水、海岸侵蝕和野火等事件的發生頻率和強度正在增加。今年5月20日,北極監測與評估計劃工作組發佈的最新觀測結果顯示,北極地區正在發生快速而廣泛的變化,1971年至2019年,北極變暖速度是全球平均水平的三倍,高於之前的觀測結果。作為影響北半球的“關鍵點”,北極的變化通過氣候系統的反饋效應影響到全球氣候。我們在今年全球多次極端冷暖事件中都看到了其獨特影響力。

  作為地球氣候系統的主要“儲熱器”,自20世紀90年代初以來,海洋變暖的速度增加了一倍。多次極端冷暖事件和極端強降雨背後,都離不開海洋的“推波助瀾”。比如熱帶印度洋-南海-中西太平洋區域的海溫增暖較快,蒸發水汽來源增多,在同樣的大氣環流形勢下,有利於輸送更多的水汽到陸地,形成較強的降水事件。此外,海洋變暖還會使強颱風/颶風更強,登陸後衰減速度變慢,持續時間更長,今年的“慢性子”颱風“煙花”就是較為典型的例子。

  就好比,一池溫暖的水慢慢開始沸騰,不停地鼓出大水泡,這些泡看似偶然又有其必然。除了北極、海洋外,全球變暖加劇了各種變數,其影響很快在極端事件中顯現。過去“幾十年一遇”甚至“百年一遇”的極端天氣氣候事件,似乎正變得越來越常見。

  極端冷暖事件:

  緊繃的西風帶變得容易波動

  今年以來(截至9月26日),我國平均氣溫為12.8℃,較常年同期偏高1.2℃,達到1961年以來歷史同期最高。而2020/2021年冬季,我國平均氣溫為-2.5℃,較常年同期(-3.3℃)偏高0.8℃,是1961年以來歷史同期第八高。

  今年年初的極端冷事件與暖事件都在這片幕布上上演。這並非個例,2015/2016年、2018/2019年的冬季也發生過極端低溫和極端高溫事件同時出現的情況。這都與全球變暖的熱力作用和北極放大效應產生的動力作用密切相關。

  我國處於季風氣候區,冬季風從北方寒冷大陸吹向南方溫暖海洋。全球變暖本身的熱力作用有利於地表溫度的上升和極端暖事件的增加。

  但由於北極放大效應,中高緯地區的溫度梯度減小,歐亞大陸上空的西風減弱。西風帶就像一根皮筋,以往西風帶強,這根皮筋繃得比較緊,經向梯度小,但是現在這根皮筋鬆弛了,經向梯度變大了,因此有利於烏拉爾阻塞事件的發生和維持。另一方面,減弱的西風和增強的烏拉爾地區高壓脊有利於西伯利亞高壓的增強。由此,東亞地區的冷平流顯著增強,從而有利於極端低溫事件的出現。

  在北極放大效應時期,東亞冬季極端冷暖事件增多且增加的速率相當,溫度變率增大,季節平均溫度幾乎無變化。這意味著即使在全球變暖期間,東亞極端冷暖事件發生的可能性也在增加。

  極端降水事件:

  副熱帶高壓不走尋常路

  夏半年,隨著太陽開始直射北半球,東亞地區進入一年中最熱的半年。我國不僅受到熱帶季風影響,還受到副熱帶季風影響,兩種季風的疊加加劇了我國天氣變化的不確定性。西南季風來臨後,容易生成種種滯留鋒,常有海洋生成的熱帶氣旋來襲,以及午後熱對流產生的雷陣雨,雨量明顯增多且不時有暴雨出現。

  今年,東亞地區最主要的天氣氣候系統——副熱帶高壓,呈現出強度偏強、位置偏北偏西等特點。正因其表現異常,受其控制的地區長時間保持晴好高溫天氣,其北部構建了水汽通道,強降水也出現在其北部和西北部地區,可謂一面是“火焰”,一面是“海水”。

  今年7月河南強降雨即體現了極端事件發生背後多種因素作用的複雜性。首先,氣候變暖加劇氣候系統不穩定,是造成極端天氣氣候事件頻發的全球背景;“七下八上”處於我國北方地區降水集中期,提供了發生極端強降水的氣候背景。同時,7月西太平洋副熱帶高壓偏強偏北,西伸到我國華北東部和黃淮東部,河南處於副高西邊緣,對流不穩定且能量充足。熱帶地區颱風活動也進入頻發期,第6號颱風“煙花”在西北太平洋、第7號颱風“查帕卡”在南海同時發展,加強了來自西北太平洋、南海和孟加拉灣的水汽輸送,為河南強降雨提供了充沛的水汽來源。太行山和伏牛山的特殊地形對偏東氣流起到抬升輻合效應,特殊的地形進一步增強了降水的極端性。

  一般來說,在拉尼娜現象出現時,太平洋東冷西暖,西太平洋暖水有利於熱帶對流發展,增強了熱帶輻合帶的能量。這條輻合帶是熱帶地區主要的、持久的、具有行星尺度的大型天氣系統,其生消、移動和變化,對熱帶地區長、中、短期天氣變化影響極大。同時,熱帶輻合帶通過經向環流的作用,助推副熱帶高壓位置偏北。(關於拉尼娜的最新預測及對全球和我國影響的解讀,可點擊鏈接《官宣!拉尼娜事件將形成!今冬我國會偏冷嗎?》)

  ☟請橫屏查看下圖☟

  此外,秋季以來,我國北方降水異常偏多也是受持續偏北的西太平洋副熱帶高壓和中高緯度冷空氣活動共同作用所致。

  今年的極端天氣氣候事件

  不僅打破很多歷史極值

  還讓越來越多的人意識到

  今年的事件絕對不是孤立的

  以後還會有類似的事情發生

  更多的區域

  將遭遇更多的復合極端事件

  警鍾鳴響

  我們當作何解?

   中國氣象報社 出品

  作者:李慧 趙曉妮 盧健

  專家顧問:國家氣候中心氣候服務首席專家 周兵

  中國科學院大氣物理研究所研究員 俞永強

  南京信息工程大學教授 羅京佳

  轉自中國氣象科普

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