華北地區(qū)持續(xù)多日的強(qiáng)降雨牽動人心。在人們印象中,南澇北旱是常態(tài),為何今年夏天我國北方出現(xiàn)了強(qiáng)降雨?這一災(zāi)害天氣是否與全球氣候變暖有關(guān)?氣象預(yù)報能否比較精準(zhǔn)地預(yù)報降雨量大小?解放日報·上觀新聞記者采訪了上海交通大學(xué)海洋學(xué)院副教授馬建博士。
這位研究氣候變化動力學(xué)和海氣相互作用的專家表示:氣候變化導(dǎo)致的極端天氣加劇確實與華北暴雨關(guān)聯(lián)密切,并可能導(dǎo)致西北太平洋臺風(fēng)出現(xiàn)向北擴(kuò)張的趨勢。
(相關(guān)資料圖)
水汽含量升高加劇大氣對流運(yùn)動
“全球氣候變暖不僅會導(dǎo)致平均氣溫升高、海平面上升,還會導(dǎo)致熱浪、暴雨、大雪等極端天氣的強(qiáng)度和頻率增加?!瘪R建說。其中,冬天暴雪加強(qiáng)也是氣候變暖的一個后果,而不是像那些不相信氣候變暖的人所言:更多的大雪等極寒天氣證明地球沒有在變暖。
為什么氣候變暖會導(dǎo)致極端天氣越來越嚴(yán)重?他解釋,大氣中的水蒸氣即水汽,在氣候系統(tǒng)中扮演著重要角色。水汽主要來自海洋蒸發(fā),在大氣中的含量很小,從陸地到海洋通常僅有5—20克/立方米。伴隨溫度升高,水汽會越來越多,起到“四兩撥千斤”的關(guān)鍵作用。研究表明,全球地表平均每升溫1℃,大氣中的水汽含量將增加7%左右。水汽本身也是一種溫室氣體,會繼續(xù)加劇全球變暖。
對流降水是由大氣的熱力擾動所引發(fā),大氣受熱后密度減小,產(chǎn)生上升運(yùn)動。在此過程中,由于氣壓降低而降溫,使其中的水汽凝結(jié)成小水滴或小冰晶,從而形成云,同時釋放出很多熱量。這些熱量再次加熱大氣,造成正反饋的加劇上升運(yùn)動,最終形成強(qiáng)對流,云滴匯聚、下落成為強(qiáng)降水。
8月2日,在北京市房山區(qū),受災(zāi)群眾乘坐沖鋒舟前往轉(zhuǎn)運(yùn)車輛乘車點。新華社發(fā)
在氣候變暖的大環(huán)境中,水汽含量上升導(dǎo)致潛在的熱能增加,在上述正反饋效應(yīng)推動下,大氣中的對流運(yùn)動會越來越劇烈,讓極端天氣更加頻繁地出現(xiàn)。原本20年一遇的氣象災(zāi)害,可以增至2—4年一遇。本輪華北強(qiáng)降雨,就與氣候變化導(dǎo)致的極端天氣加強(qiáng)密切相關(guān)。
如果以較為具體的機(jī)制分析華北強(qiáng)降雨的原因,中國氣象局表示,是臺風(fēng)、高壓、山脈的共同作用。臺風(fēng)帶來了充足的水汽,“杜蘇芮”殘余環(huán)流攜帶的水汽與副熱帶高壓外圍水汽匯合,加上臺風(fēng)“卡努”的遠(yuǎn)程助力,三股水汽匯集在華北平原上空。高壓方面,副熱帶高壓、高壓脊兩個系統(tǒng)合并成高壓“大壩”,阻擋了對流系統(tǒng)的前行道路,停滯在京津冀等地,導(dǎo)致超長強(qiáng)降雨。山脈方面,三股水汽到達(dá)太行山、燕山山脈前,受到地形抬升作用,形成極端強(qiáng)降水。
西北太平洋臺風(fēng)或繼續(xù)向北擴(kuò)張
本輪華北和東北的強(qiáng)降雨也反映出一個趨勢:臺風(fēng)路徑可能在向北擴(kuò)張,這也是全球氣候變暖導(dǎo)致的一個后果。
據(jù)介紹,臺風(fēng)屬于熱帶氣旋,是發(fā)生在熱帶和亞熱帶洋面上的高強(qiáng)度低壓渦旋。這種熱帶風(fēng)暴系統(tǒng)為何影響到了我國華北乃至東北地區(qū)?馬建解釋,氣候變暖所導(dǎo)致的海表升溫是不均勻的,溫帶北太平洋升溫預(yù)計較平均增暖更高,海洋蒸發(fā)更為劇烈,從而向大氣提供了更多的水汽,并加劇了對流不穩(wěn)定性。
最新研究顯示,1951—2019年期間,熱帶風(fēng)暴平均路徑所達(dá)緯度與海溫具有顯著的正相關(guān)關(guān)系,即隨著海溫升高,西北太平洋地區(qū)的風(fēng)暴活動逐漸向北遷移。這導(dǎo)致本來到達(dá)高緯度洋面會冷卻減弱的臺風(fēng)繼續(xù)發(fā)展,在原本幾乎不受影響的北方引發(fā)極端天氣。
8月2日,救援人員在河北省涿州市轉(zhuǎn)移群眾。新華社發(fā)
除了平均氣溫升高、極端天氣頻發(fā)、海平面上升,氣候變化還會帶來其他后果,如熱帶昆蟲進(jìn)入溫帶,傳播疾病;全球糧食減產(chǎn),讓更多人受到饑餓威脅。當(dāng)然,氣候變化的影響是復(fù)雜的,在局部地區(qū)可能有利也有弊。比如對我國來說,北方和西北地區(qū)的缺水問題可能得到緩解,一些沙漠干旱區(qū)域有望逐漸變成綠洲,更適合人類居住和作物生長。
人工智能將提升天氣預(yù)報準(zhǔn)確率
談及強(qiáng)降雨預(yù)報可否更為精準(zhǔn)的問題,馬建說,這種預(yù)報涉及復(fù)雜系統(tǒng)的非線性過程,目前的準(zhǔn)確率為70%—80%,我國與一些發(fā)達(dá)國家相比還有一些差距?!胺蔷€性過程的預(yù)測難度很大,因為在一個復(fù)雜系統(tǒng)中,我們無法通過線性的因果關(guān)系預(yù)測結(jié)果,一些看似微不足道的因素可能最終造成很大影響?!?/p>
混沌理論提出的“蝴蝶效應(yīng)”就反映了這種難以預(yù)測的特點:“亞馬孫河流域熱帶雨林中的一只蝴蝶扇動幾下翅膀,可能在兩周后引起美國得克薩斯州的一場龍卷風(fēng)?!碧鞖膺@種復(fù)雜系統(tǒng)的非線性特點,在1—2周這個時間尺度體現(xiàn)得最明顯。這意味著,包括臺風(fēng)在內(nèi)的未來1—2周天氣預(yù)報最為困難,往往只能計算出降水概率,準(zhǔn)確度不是很高。
對流降雨預(yù)報尤為困難。下雨是云物理學(xué)研究的對象,這個學(xué)科以大氣物理學(xué)和大氣動力學(xué)為基礎(chǔ),研究大氣中云的發(fā)生、發(fā)展、結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生降水(如雨、雪、雹等)所遵循的物理和動力過程。目前,云內(nèi)動力結(jié)構(gòu)觀測嚴(yán)重不足,云物理理論研究還不夠完備,參數(shù)化方案的不確定性很大,特別是經(jīng)驗公式對極端情況的涵蓋度較低,難以對雨量大小做出精準(zhǔn)預(yù)報。
值得期待的是,隨著機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)的發(fā)展,天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率有望得到提升。人工智能系統(tǒng)經(jīng)過大數(shù)據(jù)訓(xùn)練后,在臺風(fēng)、強(qiáng)降雨等災(zāi)害天氣預(yù)報方面的精準(zhǔn)度正在超越純粹的計算機(jī)數(shù)值模擬,將為我們的生活安全提供更有力保障。
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