雨量計(jì)的氣候變化故事

葉謙，博士，曾任中國(guó)氣象科學(xué)研究院兼職研究員、中國(guó)氣象局華風(fēng)影視集團(tuán)高級(jí)顧問、世界氣象組織北京2008年奧運(yùn)會(huì)預(yù)報(bào)演示項(xiàng)目社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評(píng)價(jià)課題首席科學(xué)家?，F(xiàn)任國(guó)際全球環(huán)境變化人文影響中國(guó)委員會(huì)（CNC-IHDP）副秘書長(zhǎng)，國(guó)際全球環(huán)境變化人文影響計(jì)劃（IHDP）主任特別顧問，IHDP核心計(jì)劃綜合風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃執(zhí)行主任。研究領(lǐng)域包括：衛(wèi)星氣候?qū)W，氣候變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響以及全球變化等。

2012年10月29日，一個(gè)面積足可以覆蓋整個(gè)美國(guó)東部的強(qiáng)颶風(fēng)“桑迪”（圖1）襲擊了包括紐約、華盛頓、波士頓等在內(nèi)的美國(guó)主要經(jīng)濟(jì)和政治中心。美國(guó)擁有著全球最先進(jìn)的天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)體系，在“桑迪小姐”到來前，華盛頓、紐約等地區(qū)的政府和公眾都已提前收到預(yù)警并采取了相應(yīng)的防范措施，但“桑迪”表現(xiàn)得并不像她的名字那么溫柔。她的“狂暴”令所有人措手不及。伴隨颶風(fēng)“桑迪”的強(qiáng)降雨所引發(fā)的洪災(zāi)，讓紐約曼哈頓地區(qū)成為了一座“水城”。僅短短的2天時(shí)間，“桑迪”就造成至少48人死亡，800萬戶停電，受影響的民眾達(dá)到6000萬人，經(jīng)濟(jì)損失預(yù)估在200億美元左右，紐約股市也被迫連續(xù)停市2天。

常言道，水火無情。“桑迪”的巨大破壞力再一次引發(fā)了美國(guó)國(guó)內(nèi)和國(guó)際科學(xué)界對(duì)氣候變化影響的爭(zhēng)論。國(guó)際科學(xué)界普遍認(rèn)為，氣候變化所引發(fā)的海平面上升和異常溫暖的海洋表面溫度，有極大的可能帶來天氣異常。因?yàn)楹Ｑ笞兣舭l(fā)更多的水汽，不但加強(qiáng)了颶風(fēng)活動(dòng)，還增強(qiáng)了降雨，更多地引發(fā)洪水泛濫。但是，與全球變暖已經(jīng)獲得全球科學(xué)界普遍共識(shí)所不同，全球氣候變化對(duì)全球降水會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，科學(xué)界還缺乏共識(shí)。究其原因，對(duì)降水缺乏長(zhǎng)期全球范圍內(nèi)細(xì)致的科學(xué)觀測(cè)是主要因素。

人類是什么時(shí)候開始測(cè)量降雨的，這對(duì)歷史學(xué)家和科學(xué)史專家都是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的疑團(tuán)。在遠(yuǎn)古時(shí)代，狩獵和耕種是人類最基本的生產(chǎn)生活活動(dòng)，這些活動(dòng)都離不開對(duì)降雨的期待和預(yù)測(cè)。在人類發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，-長(zhǎng)期干旱導(dǎo)致一個(gè)部落甚至一個(gè)文明消失的例子屢見不鮮。一些西方科學(xué)家對(duì)瑪雅印第安人和古希臘人留下的遺跡進(jìn)行分析研究后，認(rèn)為他們也許是最早進(jìn)行降水定量測(cè)量的人類。但是，盡管亞里土多德在公元前340年就在他的著作中描述了云，霧、雨、雪等氣象現(xiàn)象，但卻沒有提及對(duì)降水的測(cè)量。西方另外一些研究表明，大約直到公元100年左右，為了計(jì)劃農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，巴勒斯坦各地開始測(cè)量降雨量，但他們使用的測(cè)量工具卻一直沒有被發(fā)現(xiàn)。

具有7000年歷史的中華文明，對(duì)包括降雨在內(nèi)的各種天氣現(xiàn)象也早有記錄。比如，殷商時(shí)期的甲骨氣象檔案對(duì)于雨量的記載，已區(qū)分為大雨、小雨、多雨、無雨等數(shù)類。到明朝時(shí)，明成祖朱棣已經(jīng)知道要求地方長(zhǎng)官使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的雨量計(jì)每年向朝廷報(bào)告雨量，以此估量各地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)。清代的晴雨錄更是作為世界上最系統(tǒng)和完整的氣象觀測(cè)歷史記錄而被當(dāng)今科學(xué)界所接受，是研究中國(guó)氣候變化的寶貴歷史文獻(xiàn)。

由于降雨具有非常強(qiáng)的局地性和日變化，歷史上對(duì)雨量（包括雪量）開展逐日逐時(shí)的定量化測(cè)量一直難以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代西方科學(xué)觀測(cè)體系建立后，包括富蘭克林在內(nèi)的許多西方著名科學(xué)家開始對(duì)降雨的自動(dòng)化定量測(cè)量進(jìn)行深入研究。在不同國(guó)家的歷史上因此也出現(xiàn)了形式各異、原理不同的形形色色的雨量計(jì)（圖2）?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，雨量計(jì)的準(zhǔn)確性與它的材料、開口尺寸、開口距地面高度、周圍環(huán)境（如樹木和建筑物）有密切關(guān)系。今天，大多數(shù)雨量計(jì)已經(jīng)由不易損壞、耐用性更強(qiáng)的塑料制成。隨著電子傳感器件的快速發(fā)展，自動(dòng)氣象站和遠(yuǎn)程遙感，特別是衛(wèi)星遙感，已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)雨量計(jì)，為科學(xué)家提供更頻繁和更密集的觀測(cè)。

在過去的40年間，全球有大約20萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雨量計(jì)安裝在世界各地。在那些人口密度較高的地區(qū)，分布得更為密集（圖3）。在偏遠(yuǎn)地區(qū)和海上基本沒有降水量的地面觀測(cè)。對(duì)這些地方的降水量估計(jì)就必須通過衛(wèi)星遙感。雨量計(jì)和衛(wèi)星遙感所獲得的數(shù)據(jù)在經(jīng)過各國(guó)氣象部門進(jìn)行質(zhì)量控制后，都被發(fā)送到設(shè)在德國(guó)的全球降水氣候中心存檔，供全球科學(xué)家和公眾使用。目前，聯(lián)合國(guó)氣候變化政府間工作組（IPCC）報(bào)告所使用的最好的全球降水估計(jì)，就是將地面雨量計(jì)的觀測(cè)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合所產(chǎn)生的。

雖然水是連接氣候和人類社會(huì)的最根本基礎(chǔ)，未來氣候變化也預(yù)計(jì)將會(huì)加大水資源危機(jī)，但是，目前在應(yīng)對(duì)氣候變化的政策和具體行動(dòng)中，許多政府更多強(qiáng)調(diào)的還是溫室氣體的減排，而針對(duì)水危機(jī)的適應(yīng)計(jì)劃和行動(dòng)，還相當(dāng)缺乏。這需要社會(huì)公眾的共同努力，不但要積極推動(dòng)政府有所作為，更要在自己的日常生活和工作中，多了解有關(guān)水危機(jī)的相關(guān)知識(shí)，并對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)“防患于未然”！