【安徽】丁一汇院士解析全球变暖与极端天气气候事件之关系

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1月10日，从北到南狂扫中国东部大部地区的寒潮基本结束。6日至8日，在这场几乎与2016年隆冬“霸王级”寒潮量级相当的天气过程中，降温8℃以上的国土面积达250万平方公里，降幅12℃以上面积达40万平方公里；北京、河北、山东、山西、陕西等省份共计60个气象观测站的最低气温突破或达到建站以来的历史极值。很多人可能很难将日常生活与全球尺度的气候变暖联系在一起。然而，前几天，公众感受的“极端”寒冷，正昭示着不断上升的全球温度曲线已“入侵”到每个人的生产生活中。“极端”寒冷和全球升温曲线，为何两个看似相悖的名词会产生关联？中国气象报记者专访中国工程院院士丁一汇。跨越北极和赤道的南北温度梯度、行星尺度的西风带与极地冷空气南下让我们先抛开看到的一个个极端低温数字，以及从衣柜中拖出的最厚羽绒服，从个体的“冷”中暂且跳出，把视野扩展到行星尺度，来理解冬季的冷空气以及最近这场寒潮。在地球的最北端——北极地区，是北半球冷空气的发源地。在漫长的冬季，冷空气堆积在一起，直到某个时机踏上南下征程，势力强劲的甚至可以一路冲上青藏高原或奔向南海甚至南半球。从极地的强大高气压到赤道海洋的低气压之间出现气压梯度，大气便由气压高的地方向气压低的地方流动。而由于地球的自转，风沿地表作水平运动就会受到地转偏向力影响，在北半球向右偏转成西北风。北半球冬季的气候正“受控”于中纬度地区的西风带。在极地的“冷”与赤道的“暖”之间，形成跨半个地球的“温度梯度场”，二者之间存在明显的南北温度梯度。正常情况下，这个温度梯度很大，使得西风带稳定而强大，存在于其中的环流形势（槽和脊）很稳定，称为纬向环流型，这种环流型主要使气流从西向东沿纬圈运动。但全球气候系统平衡被打破后，西风带开始不稳定，环流形势也躁动起来，开始扩张自己的“地盘”，这时就会出现宽阔的大槽大脊，引导着冷空气顺着大槽长驱南下。而今年此次寒潮背后，症结正在这里。在全球变暖的大背景下，北极以其他地区2倍到3倍的速率升温，即其他地区增温1℃，北极可以增温2℃到3℃。导致海冰快速融化，冰盖面积萎缩，2020年9月，北极海冰为有观测以来第二少，是北极增暖有力的证据。快速增温的北极，缩小了原本从极地到赤道的经向温度梯度。在这种情况下，西风带气流变得十分不稳定，通常不会延伸到北纬50度的高压脊伸展到北极地区，而通常处在长江以北的大槽则伸向了华南甚至南海。北极的冷空气正是被强壮的大脊引导南下，顺着大槽一路横扫，在短短一周时间内成为全国型大寒潮。此外，赤道中东太平洋目前处于发展盛期的拉尼娜事件也在推波助澜。一般而言，受拉尼娜事件影响，冬季全球温度偏低的概率较大。具体就此次寒潮而言，拉尼娜事件中，太平洋赤道和热带中东部海温明显变冷，在极地与赤道温度的“一升一降”中，北半球南北经向温度梯度进一步减小，控制西风纬向环流的作用也进一步减小，有利于大槽大脊的发展。全球变化正是通过北极地区和热带地区的逆向温度变化使南北温度梯度减小，而促使中纬度大槽大脊的发展，这充分表明了冬季的极端寒潮事件是在气候变化影响下发生的，而本次寒潮北极和热带海洋都起到减少南北温度梯度的作用。而无论复盘今年寒潮过程，还是回溯2016年霸王级寒潮，都可以看到显著的北极海冰减少的情况，你如果留意，同时也会发现全球变暖的持续作用，也就是地球的温度继续在上升。　一次极端冷事件无法阻止全球气温曲线攀升尽管从古至今气候一直在不断变化，但工业革命以后，人类在地球温度的变化中“施加”了越来越多的影响，除了古新世-始新世极热”事件时期的地球，全球平均气温一路爬升，已经超过了亿年气温平均线。增温或许不可怕，可是如果从两个方面去分析气候变化，就会产生压力。首先是增温的速度，最近50年的增暖速率超过了过去两千年地球任何时期50年的增温速率，现代的全球变暖无疑是非常快速的。其次是影响范围扩大，现在的增暖发生在全球每一地区。人类可以承受这样的增温速率和范围吗？这正是让人忧虑的地方。北极的快速增暖，正是发生在这种背景下。如果将时间尺度再缩短一些，从1960年至今，我国温度曲线一直为上升趋势，在这条攀升的曲线上出现自然周期叠加的震荡，则将我国气候大致可以分为三个时期：冷期、暖期和气候变暖停滞期。其中，上世纪60年代到80年代为冷期，该时期气候变暖刚刚施加影响，但海洋处于冷期，所以，1960年至今的80%极端冷事件发生于此时；上世纪80年代到2000年，气候变暖持续，海洋转为暖位相，自然的“暖”与人类活动的“暖”相叠加，迎来了暖期，此时期极端冷事件几乎很少发生；全球从2000年开始，海洋变冷，但人类活动导致的气候变暖并未止步，自然的“冷”与人类活动的“暖”叠加影响，使我们处于一个气候变暖停滞期，数个极端冷事件也在此时发生。一次极端的冷事件的影响时间和范围，尽管对于个人而言是剧烈的和漫长的，但相比较更宏大的行星大气运动又是弱小的，人类造成的变暖的趋势并不会因此改变。目前，全球依然在升温，即使叠加自然周期，也很难将温度“拉下来”。届时，夏季的高温热浪将会不断向北扩展，而冬季冷事件的总量尽管可能减少，其更加极端化却会带来很大风险。人类活动排放的二氧化碳等温室气体都会在全球大气中混合和运动并产生效应，没有人可以独善其身。问题不可回避，节能减排是全人类共同的责任与义务。中国承诺碳排放力争于2030年达到峰值，努力争取在2060年实现碳中和，既是艰巨的挑战，也是中国作为负责任发展中大国的责任与担当。