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第19章 气候变化与气候极值(2)

“厄尔尼诺”不仅改变了整个热带太平洋上空的大气状况,而且还影响到热带的其他地区,甚至会导致热带以外地区的气候异常。研究表明,“厄尔尼诺”还与非洲东南部和巴西东北部的干旱有联系;也对大西洋飓风有明显影响,“厄尔尼诺”年大西洋飓风日数明显减少;对西太平洋台风的活动也有一定影响。“厄尔尼诺”年登陆中国的台风数也较少,如1997年只有4次台风登陆中国,明显少于常年的7~8次,但也有例外的情况,如1957~1958年及1991~1995年三次连续的“厄尔尼诺”期间中国也出现登陆台风较多的情况。此外,“厄尔尼诺”还与热带以外的地区如加拿大西部和美国北部暖冬以及美国南部冬季降水偏多相联系;与日本及中国东北的夏季低温、日本和中国的降水等也具有一定的相关性。但气候形成的原因是多方面的、错综复杂的,它常常是各种气候因子综合作用的结果。在热带地区,尤其是热带太平洋地区,“厄尔尼诺”对气候的影响最为显著;但在热带以外地区,如中国,“厄尔尼诺”对气候的影响就比较复杂。况且每次“厄尔尼诺”的出现时间、区域以及强度上都存在着很大的差异,不同类型的“厄尔尼诺”对气候造成的影响也不尽相同,很难断言“厄尔尼诺”发生时中国某个地区的气候一定会发生某种特定的异常。

未来的气候变化

目前地球正处于第四纪大冰期中一个相对温暖的间冰期后期。国际上关于未来气候变化的预测主要有两种截然相反的看法。部分学者认为未来将会变冷,另一部分学者则认为将要变暖。那么,到目前为止人们观测到的事实是怎样的呢?

全球及中国的气候发生了哪些变化

全球及中国气候变化的观测事实主要有以下几点:

气温变化

观测记录和研究结果表明,自1861年以来全球陆地和海洋表面的平均温度呈上升趋势,20世纪升高了06℃左右。

就全球而言,20世纪90年代是自1861年以来最暖的10年,1998年则是自1861年以来最暖的一年。近100年的全球温度仪器测量记录还表现出明显的年代际变化,20世纪最主要的增暖发生在1910~1945年和1976~2000年期间。结合大量代用资料,对近1000年北半球气候变化的研究表明,20世纪的增温有可能是近1000年中最大的,20世纪90年代可能是近1000年中最暖的十年,1998年是近1000年中最暖的一年。观测资料显示,1951~1989年全国年平均气温以每10年004℃的速率上升,表现出明显的上升趋势;自1987年以来出现了持续14年的异常偏暖,最暖的1998年偏暖14℃。这一变暖趋势与全球变暖的趋势一致。但是,中国气候也表现出明显的年代际特征,20世纪60年代为弱下降趋势,70年代~80年代初为缓慢增暖趋势,80年代后期则出现显著增暖。就地区而言,东北、华北和西北地区西部增温最显著,而且冬季比其他季节增温明显,晚上增温比白天明显。

降水变化

高纬地区大部分陆地区域每十年降水增加05%~10%;北纬10°~30°大部分陆地区域降雨量每十年减少了03%;北纬10°~南纬10°热带大陆地区降雨量每十年增加02%~03%。与北半球相反,南半球不同纬度带没有检测出有类似的系统性的降水变化,这与没有足够的资料确定降水量的变化趋势有关。

观测资料表明,在过去近50年中,中国年平均降水量变化的趋势不显著,主要表现出明显的年际变化。已有的研究表明,1951~1989年全国年平均降水量存在弱的减少趋势,但区域性差异明显,降水减少最严重的是华北,其次是长江中下游、华东和西南地区。进入20世纪90年代,降水明显增多,但主要集中在长江中下游、华南和东北部分地区。

气候极端事件的变化

当某地的天气、气候出现不容易发生的“异常”现象,或者说当某地的天气、气候严重偏离其平均状态时,即意味着发生“极端事件”。世界气象组织规定,如果某个(些)气候要素的时、日、月、年值达到二十五年以上一遇,或者与其相应的三十年平均值的“差”超过了二倍均方差时,这个(些)气候要素值就属于“异常”气候值。出现“异常”气候值的事件就是“气候极端事件”。干旱、洪涝、高温热浪和低温冷害等事件都可以看成极端气候事件。

全球气候变暖后,不仅气候平均值会发生变化,天气和气候极端事件的出现频率也会随之发生变化。虽然由于观测资料严重不足,目前还无法确定20世纪气候极端值是否出现全球尺度一致的变化趋势,但在区域尺度上还是发现了一些重要的“趋势”。

观测记录显示,自1950年以来,极端最低气温的出现频率有所下降,因此标志寒冷事件的“霜冻日数”和“冰冻日数”减少;但极端最高气温的出现频率有所增加。观测记录还显示,北半球中高纬度地区降水量增加的地区,大雨和极端降水事件有增多趋势。20世纪后半叶,北半球中高纬地区强降雨事件的出现频率可能增加了2%~4%;而北半球中高纬度地区降水量减少的地区,大雨和极端降水事件有下降趋势。在亚洲和非洲的一些地区,近几十年来干旱与洪涝的发生频率增高、强度增强。分析表明,夏季大陆上的一些地区可能已经变得更干,干旱的威胁可能也相应地有所增加。在东亚地区,虽然降水量趋于下降或变化不大,但仍有些地方大雨和极端降水事件有所增加。全球热带和副热带地区的风暴强度和频率的变化,很大程度上仍受年代际变化的影响,没有呈现明显的增多或减少趋势。

最近40~50年中,中国极端最低温度和平均最低温度都出现了增高的趋势,尤以北方冬季最为突出。同时,寒潮频率趋于降低,低温日数趋于减少,雨日显著减少。

未来的气候会是什么样子

全球及中国气候变化的未来情景会是什么样子呢?如前所述,影响气候的因子多、机制复杂,目前的科学水平还无法给出综合考虑各种影响因子作用的未来气候预测,只能把未来因人类活动引起的大气中温室气体和气溶胶浓度的变化作为条件,输入气候模式计算出未来气候的可能变化。气候变化情景就是未来可能出现的气候状态与当前气候状况之间的差值。下面,我们就来讲一讲未来的气候会与现在的气候有什么不同。

气温变化

1995年政府间气候变化专业委员会完成的第二次评估报告,根据其设计的1990~2100年间温室气体和气溶胶排放的六种构想,预测到2100年全球平均地面温度相对于1990年大约上升10~35℃。这相当于全球平均温度每十年升高010~035℃。

2001年政府间气候变化专业委员会完成的第三次评估报告,根据其设计的1990~2100年间温室气体和气溶胶排放的35种构想,预计到2100年全球平均地面温度将比1990年上升约14~58℃,即全球平均温度每十年将升高014~058℃。这比第二次评估报告的估计值要高,主要是目前对二氧化硫未来增加量的估计值大大低于1995年的估计。也就是说,未来因二氧化硫等气溶胶引起的降温作用不如1995年估计的大。每十年014~058℃这样的升温率,大大高于20世纪中实际观测到的升温率,这可能是最近1000年来从未出现过的升温率,对生态系统的适应能力将是一个严峻的挑战。

几乎所有陆地区域的增温可能都比全球平均值要大,特别是北半球高纬地区的冬季。美国的阿拉斯加、加拿大、格陵兰,亚洲北部和青藏高原,模拟的增温值高出全球平均40%。但是南亚和东南亚的夏季,南美南部的冬季,模拟的增温值都低于全球平均。

需要指出的是,未来的气温变化在全球不同地区不一样,对陆面的影响要快于海洋,北大西洋和南极周围海洋表面温度的增加比全球平均值要小。由于区域气候模式还不完善,目前区域的气候变化情景,还主要使用全球模式的预测结果。

中国科学家使用不同的全球气候模式对二氧化碳增加后中国的气候变化情景进行了研究,结果略有差异。使用政府间气候变化专业委员会第三次评估报告中的五个模式模拟研究表明,假定二氧化碳以每年1%的速率增长,预计到2100年东亚和中国年平均温度将比1961~1990年三十年的平均值增加约50℃;假定二氧化碳和气溶胶同时以每年1%的速率增长,预计到2100年东亚和中国年平均温度将比1961~1990年三十年的平均值增加约39℃。

降水变化

政府间气候变化专业委员会第三次评估报告指出,全球气候增暖后,21世纪全球平均降水趋于增多,大多数热带地区平均降水将增多,副热带大部地区平均降水将减少,高纬度地区降水也趋于增多。分季节而言,北半球冬季,热带非洲降水将增加,东南亚变化不大,中美洲将减少;北半球夏季,南亚的降水变化不大。地中海地区的夏季和澳大利亚的冬季降水将减少。高纬度地区冬、夏季的降水均趋于增多。气候增暖后,强降雨事件会增加。由于降水的增加不足以平衡温度增高和可能蒸发的加大,大陆的中部地区夏季一般会变干。此外,气候变暖后北半球夏季季风降水的年际变化可能加大。

预计平均降水将增加的地区,大多数可能会出现较大的降水年际变化。很小的降水变化,会引起水资源的很大变化。这意味着出现干旱的可能性增加,一些地方可能发生更频繁的干旱和洪涝。中美洲和南欧地区夏季降水预计减少10%~20%,这可能会是降水日数不变、每次降水量减少的缘故,更可能会是雨日大大减少、无雨时段大大延长的缘故。气候变暖对澳大利亚降水影响的模式研究结果表明,总的降水量变化不大,但小雨日数减少,大雨日数变为原来的两倍,洪水出现的概率至少要加倍。

中国科学家模拟研究的结果显示,只考虑二氧化碳以每年1%的速率增长,预计到2100年东亚和中国的降水年平均将比1961~1990年三十年年平均增加0174毫米/日;若考虑二氧化碳和气溶胶同时以每年1%的速率增长,预计到2100年东亚和中国的降水年平均将比1961~1990年三十年年平均减少0013毫米/日。

气候极端事件变化

近年来,随着人们对全球气候变化的认识逐渐深入,科学家们在关注气候变暖的同时,开始关注气候极端事件的性质与频率是否也在发生变化,关注的重点是气候极端事件是否更趋频繁,是否超过自然气候变化的范围,是否与人类活动引起的气候变化有关,等等。

目前回答这些问题的能力还很有限。政府间气候变化专业委员会在第三次评估报告中仅指出,几乎所有陆地区域的最高气温都会变得更高,炎热的日数也变得更多;同时,最低气温增高,寒冷日数和霜冻日数则相应减少。

分析表明,对欧洲、北美、南亚、撒哈拉、南非、澳大利亚和南太平洋等地区来说,极端降水强度可能增加;欧洲、北美、澳大利亚等地区干旱的威胁增加。

一些地区热带气旋的最大风速可能增加5%~10%,由热带气旋带来的平均和极大降水强度可能增加20%~30%。但没有直接的证据表明热带气旋的出现频率和生成区域会有所改变。

气候变化的不确定性

气候一定会沿着科学家预测的方向变化吗?我们现在的回答只能是三个字“不一定”。因为气候变化还存在着许多不确定因素。现在我们就来讲一讲这些不确定因素。我们在上面讲到的气候变化情景中包含有相当大的不确定性。降水变化情景的不确定性比温度的更大。产生不确定性的原因很多,主要有:

(1)温室气体和气溶胶排放量数据中的不确定。包括对温室气体源和流的了解有限,以及温室气体和气溶胶的排放受各国人口、经济、社会发展等众多因子的制约,使得准确地预测未来大气中温室气体的浓度相当困难。

(2)由于目前对碳循环、温室气体和气溶胶的物理、化学过程的认识有限,因此在将大气中的二氧化碳浓度转化成对气候系统的“辐射强迫”时,存在很大的不确定性。

(三)气候模式本身的缺陷对未来气候变化情景的研究有很大影响。要预测未来50~100年的全球和区域气候变化,必须依靠复杂的全球海气耦合模式和高分辨率的区域气候模式。但是,目前气候模式对云、海洋、极地冰盖等的描述还很不完善,模式还不能处理好云和海洋环流的效应,以及区域降水变化等。

(四)气候极端事件很少发生,在统计上只是边缘分布,而且很容易与错误资料混淆。目前缺少高精确度、高分辨率、长时期的全球观测资料,用来识别气候极端事件的变化。目前的气候模式也还不能用于研究小尺度的气候极端事件的特征。自然因素和人类活动对气候极端事件变化的影响,目前还无法区分。

(五)就预测中国未来气候变化情景而言,适合中国使用的气候模式仍处于发展之中,迄今所用的国外模式尚不能准确地构筑中国未来气候变化的情景,这对深入研究气候变化对中国的影响及中国应采取的对策,是一个很大的制约因素。

全球变暖概说

从《气候变化框架公约》说起

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