氣候變暖背景下的極端天氣氣候事件與防災(zāi)減災(zāi)

翟盤(pán)茂，劉 靜

(中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

1 前言

在全球變暖的大背景下，極端天氣氣候事件的變化引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第4次評(píng)估報(bào)告指出，過(guò)去的100年里全球平均氣溫上升了0.74℃，在近50年全球氣溫以0.13℃/10 a的速度上升[1]。全球氣候變暖似乎使夏季變得更熱，冬季變得溫和，并伴隨著熱浪頻率和強(qiáng)度的增加，霜凍日數(shù)減少更明顯，冷極端事件減少，夜晚更明顯。與此同時(shí)，近50年占全球陸地面積一半以上的區(qū)域發(fā)生強(qiáng)降水的頻率呈現(xiàn)增加趨勢(shì)[2]。強(qiáng)降水事件在美國(guó)、中國(guó)、澳大利亞、加拿大、挪威和墨西哥、波蘭和前蘇聯(lián)均有所增加[3]。受溫度升高和區(qū)域性降水減少的影響，干旱的強(qiáng)度更強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

極端天氣氣候事件加劇會(huì)給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來(lái)嚴(yán)重影響和損失。中國(guó)是旱澇、臺(tái)風(fēng)、寒潮等自然災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家，我國(guó)北方旱災(zāi)、雪災(zāi)、寒潮和沙塵暴災(zāi)害頻發(fā)，東南部地區(qū)臺(tái)風(fēng)、高溫和雨澇災(zāi)害影響嚴(yán)重(見(jiàn)圖1)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1949年以來(lái)，氣象災(zāi)害的損失趨于增加，20世紀(jì)90年代中期以來(lái)每年的損失接近或超過(guò)了2 000萬(wàn)億，其中1998年受到長(zhǎng)江和嫩江流域持續(xù)的強(qiáng)降水等極端事件的影響，全國(guó)氣象災(zāi)害損失達(dá)3 000萬(wàn)億元，2008年我國(guó)南方地區(qū)持續(xù)的低溫雨雪冰凍事件也造成了超過(guò)3 000萬(wàn)億的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，2010年受到舟曲突發(fā)強(qiáng)降水影響引起的泥石流滑坡事件等造成的損失達(dá)5 000萬(wàn)億元(見(jiàn)圖2)。

氣象災(zāi)害一方面與極端事件頻率和強(qiáng)度有關(guān)，另一方面與我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和防災(zāi)減災(zāi)能力緊密相聯(lián)。加強(qiáng)與氣候變化有關(guān)的極端事件的變化研究，有利于國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)對(duì)氣候變化。鑒于不同類(lèi)型的極端事件的影響具有很大差別，監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)極端事件及其影響必須對(duì)各種極端事件進(jìn)行嚴(yán)格的定義并給出定量指標(biāo)。文章總結(jié)了極端溫度、極端降水、臺(tái)風(fēng)、冰雹、霧和霾、干旱、寒潮、沙塵暴等極端事件的各種指標(biāo)及其應(yīng)用，探討了其中存在的問(wèn)題和未來(lái)需要關(guān)注的重點(diǎn)工作。

圖1 中國(guó)主要?dú)庀鬄?zāi)害分布綜合示意圖Fig.1 Distribution of major meteorological disasters in China

圖2 1949—2010年期間與極端天氣緊密有關(guān)的氣象災(zāi)害損失的變化Fig.2 Losses caused by meteorological disasters related to extreme weather events during 1949—2010

2 極端天氣氣候事件的定義

極端天氣氣候事件是在特定地區(qū)和時(shí)間發(fā)生的罕見(jiàn)的氣象事件，當(dāng)某地的天氣氣候狀態(tài)嚴(yán)重偏離其氣候平均態(tài)時(shí)，就可以認(rèn)為發(fā)生了極端事件。在統(tǒng)計(jì)意義上，認(rèn)為極端事件是小概率事件，有些人認(rèn)為是50年一遇甚至100年一遇的事件。從時(shí)間尺度上分，極端天氣事件是時(shí)間尺度較短(一般在一周以?xún)?nèi))的罕見(jiàn)的或高影響的氣象事件。而極端氣候事件時(shí)間尺度較長(zhǎng)的極端事件，通常是極端天氣事件累積的結(jié)果。極端事件從極端性的性質(zhì)上分可以包括兩大類(lèi)。一類(lèi)是依賴(lài)于基本天氣氣候要素的極端值進(jìn)行定義的，例如極端強(qiáng)降水、極端高溫和低溫事件。氣候變化研究中通常通過(guò)分析這些要素的變化趨勢(shì)來(lái)分析極端事件的演變規(guī)律。另一類(lèi)極端事件是對(duì)自然環(huán)境有重大影響并且通常會(huì)帶來(lái)較大經(jīng)濟(jì)損失的災(zāi)害性極端事件(如干旱、洪澇、熱浪等)，這些極端天氣氣候事件也稱(chēng)為綜合性極端事件，因?yàn)橐话銇?lái)講，它們并不是由單一氣象要素的異常引起的，而是由于兩個(gè)甚至更多氣象要素的共同作用造成的，例如降水減少和全球變暖是引起干旱加劇的兩個(gè)重要因子。

目前研究和業(yè)務(wù)中主要為基于單一臺(tái)站監(jiān)測(cè)技術(shù)的定義，采用“氣候極值”量化和表征異常天氣氣候現(xiàn)象，當(dāng)氣候要素(如氣溫、降水量等)達(dá)到定義的氣候極值時(shí)，便可認(rèn)為極端事件發(fā)生。關(guān)于極端值閾值的選取，國(guó)際上主要有兩種處理方法，即絕對(duì)極值和相對(duì)極值。根據(jù)絕對(duì)物理界線(xiàn)值定義的事件有寒潮和霜凍日數(shù)、大雨和暴雨日數(shù)等，這種閾值的定義雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但在一定程度上也能較好地表征極端事件的特征和變化規(guī)律[4，5]，因此，仍受到各界學(xué)者和工作人員的青睞。同時(shí)，“極端天氣和氣候”具有時(shí)空相對(duì)性，如日降水量30 mm在華南沿海和長(zhǎng)江下游為正常降水量，而在西北地區(qū)已達(dá)到極端降水量水平，即使是同一地區(qū)，相同的降水量在不同季節(jié)所帶來(lái)的影響也有可能不同。因此，確定某些事件(如日降水量等)的相對(duì)閾值是非常有必要的。目前國(guó)際上常采用某個(gè)百分位值(如第95百分位值)作為極端值的閾值，翟盤(pán)茂等利用百分位方法分析和研究了我國(guó)北方近50年溫度和降水極端事件變化，此方法在我國(guó)極端氣候研究中得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用[6];也有人對(duì)不同氣候要素采用不同分布型的邊緣值來(lái)確定氣候極值，研究指出，我國(guó)降水量以Γ分布擬合效果較好(見(jiàn)圖3)，江志紅等利用Γ分布模式擬合區(qū)域降水百分率的概率分布，由此推求黃淮流域夏半年(4—10月)旱澇概率，并探討該區(qū)出現(xiàn)各級(jí)旱澇概率的時(shí)空分布特征[7]。李威和翟盤(pán)茂利用 Γ分布函數(shù)對(duì)中國(guó)1951—2004年地面臺(tái)站逐日降水觀測(cè)資料進(jìn)行雨日降水量概率分布擬合并定義極端降水事件，在此基礎(chǔ)上對(duì)極端降水日數(shù)與ENSO(EL Nino Southern Oscillation)的關(guān)系進(jìn)行分析研究[8]。

與溫度和降水相聯(lián)系的極端事件變化的研究，大都基于逐日的氣候資料進(jìn)行。20世紀(jì)90年代后期以來(lái)，我國(guó)的一些學(xué)者開(kāi)始利用中國(guó)逐日氣象資料開(kāi)展多種極端氣候指標(biāo)變化格局分析[4，5，9]，這些研究今天仍然具有較普遍意義。

圖3 北京和廣州日降水量Γ分布概率密度函數(shù)和頻率分布曲線(xiàn)Fig.3 Gamma distribution probability density functions and sample frequencies of the daily precipitation for Beijing and Guangzhou

3 極端天氣氣候事件指數(shù)及其變化

近年來(lái)極端事件研究在不斷深入，政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)針對(duì)天氣氣候極端事件變化及其對(duì)自然物理環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)進(jìn)行評(píng)估[10]，其分析跟IPCC報(bào)告中極端事件變化內(nèi)容的差別在于除了強(qiáng)調(diào)極端事件的變化以外，還突出了與極端事件緊密相關(guān)的天氣氣候現(xiàn)象和影響。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)3方面內(nèi)容:a.大氣中的天氣氣候極端事件變化(溫度，降水，風(fēng)等變量);b.影響極端天氣氣候事件發(fā)生的天氣氣候現(xiàn)象(季風(fēng)，厄爾尼諾，其他變率模態(tài)，熱帶氣旋，溫帶氣旋);c.對(duì)自然物理環(huán)境的影響(干旱，洪水，極端海平面，波浪，沿海影響，冰川、地形和地質(zhì)影響，包括高緯度多年凍土在內(nèi)的變化，沙塵暴)。這種分類(lèi)，把極端天氣氣候事件與其形成的天氣氣候環(huán)境以及影響聯(lián)系到了一起，但也容易把形成極端事件的條件和極端天氣氣候事件造成的災(zāi)害混為一談。文章對(duì)以上分類(lèi)方法進(jìn)行了修正，主要從極端事件的影響要素出發(fā)，將其分為單要素極端事件、與天氣現(xiàn)象有關(guān)的極端事件以及多要素極端事件，并進(jìn)一步分析了這些極端事件的氣候變化特征。從極端事件的持續(xù)時(shí)間上看，有時(shí)也將極端事件分成極端天氣與極端氣候事件。文章涉及的大部分極端事件由于時(shí)間尺度較短，都應(yīng)屬于極端天氣事件的范疇。干旱由于其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，是長(zhǎng)期降水極度偏少的結(jié)果，是典型的極端氣候事件。

3.1 單要素極端事件

為了有效推動(dòng)世界各國(guó)開(kāi)展極端天氣氣候事件變化檢測(cè)研究，WMO(World Meteorological Organization)氣候委員會(huì)等組織聯(lián)合成立了氣候變化監(jiān)測(cè)和指標(biāo)專(zhuān)家組(ETCCDI，Expert Team on Climate Change Detection and Indices)，并定義了27個(gè)典型的氣候指數(shù)，其中包括16個(gè)氣溫指數(shù)和11個(gè)降水指數(shù)(見(jiàn)表1和表2)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用這些基本指數(shù)對(duì)各種極端溫度和降水事件進(jìn)行了探討[11～13]。Manton發(fā)現(xiàn)在東南亞和南太平洋地區(qū)，自從1961年以來(lái)，熱日和暖夜顯著增多，而冷日和冷夜卻減少了[12]。Kunkel、Kostopoulou、Sen 分別分析了美國(guó)、意大利、印度等國(guó)家的極端降水，研究表明全球大部分地區(qū)極端降水量及其頻次有增加的趨勢(shì)[14～16]。翟盤(pán)茂等指出我國(guó)北方夜間溫度極端偏低的日數(shù)顯著變少，白天溫度偏高的日數(shù)趨于增多[6]。隨著我國(guó)氣溫呈現(xiàn)明顯的上升，特別是20世紀(jì)80年代中期以來(lái)升溫速度的顯著加快，我國(guó)的霜凍日數(shù)顯著下降(見(jiàn)圖4)。王小玲和翟盤(pán)茂針對(duì)不同等級(jí)的降水強(qiáng)度，分析了1957—2004年中國(guó)8個(gè)區(qū)域年降水量、降水頻率和平均降水強(qiáng)度的線(xiàn)性變化趨勢(shì)[17]，結(jié)果表明，西北西部、青藏高原和華東地區(qū)年降水量有明顯增多趨勢(shì)，華北、東北和西北東部年降水量明顯減少;年降水頻率除西北西部和青藏高原顯著增加外，其余地區(qū)年降水頻率均呈減少趨勢(shì);平均降水強(qiáng)度在華北、東北和西北東部呈減弱趨勢(shì)，其余地區(qū)則呈增強(qiáng)趨勢(shì)。年極端強(qiáng)降水日數(shù)表現(xiàn)為東北和華北以及四川盆地為減小趨勢(shì);西部地區(qū)和長(zhǎng)江中下游一直到華南都表現(xiàn)出增加趨勢(shì)(見(jiàn)圖5)。Alexander根據(jù)不同地區(qū)專(zhuān)家研究的結(jié)果，首次給出了全球陸地地區(qū)的極端溫度和降水變化趨勢(shì)，但在非洲和中東等地區(qū)仍然存在空間上的空白[18]。

風(fēng)是影響人類(lèi)安全、海上航空活動(dòng)以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要?dú)庀笠蜃?。?0年來(lái)中國(guó)年平均風(fēng)速存在逐年減小的變化趨勢(shì)，Jiang等指出中國(guó)的大風(fēng)日數(shù)也呈減小的趨勢(shì)[19]。雖然在ETCCDI的27個(gè)指數(shù)中沒(méi)有給出明確的極端風(fēng)速的概念，國(guó)內(nèi)外一些研究也已經(jīng)開(kāi)展了極端風(fēng)速變化的研究。

3.2 與天氣現(xiàn)象有關(guān)的極端事件

除了跟溫度、降水和風(fēng)等單要素有關(guān)的極端事件，與臺(tái)風(fēng)、冰雹、霧和霾等有關(guān)的強(qiáng)天氣現(xiàn)象緊密有關(guān)的極端天氣氣候事件也給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)了較大的影響。

臺(tái)風(fēng)是發(fā)生在熱帶海洋上的一種具有暖中心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈氣旋性渦旋，總是伴有狂風(fēng)暴雨，常給受影響地區(qū)造成嚴(yán)重的災(zāi)害。中國(guó)是世界上熱帶氣旋(TC)登陸最多、災(zāi)害最重的國(guó)家之一，平均每年登陸7～8個(gè)[20]。通常以臺(tái)風(fēng)中心地面最大平均風(fēng)速和臺(tái)風(fēng)中心海平面最低氣壓為依據(jù)判斷臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度大小。

表1 極端氣溫指數(shù)Table 1 Indices of extreme temperature

表2 極端降水指數(shù)Table 2 Indices of extreme precipitation

圖4 基于逐日最低溫度計(jì)算的1951—2010年逐年霜凍日數(shù)的變化Fig.4 Series of frost days based on daily minimum temperature during 1951—2010

圖5 1951—2004年極端強(qiáng)降水日數(shù)的變化趨勢(shì)Fig.5 Spatial distribution of trends for frequency of extreme precipitation days during 1951—2004

劉燕等利用1949—2006年熱帶氣旋年鑒資料，根據(jù)2006年新制訂的TC等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分析了登陸我國(guó)TC的氣候特征，結(jié)果表明，登陸TC的平均強(qiáng)度出現(xiàn)減弱趨勢(shì)，但進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，平均強(qiáng)度顯著增加，尤其是TC逐年強(qiáng)度極值表現(xiàn)更為明顯[20]。

冰雹是強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)引起的一種劇烈的氣象災(zāi)害，它持續(xù)時(shí)間短，作用范圍小，但是強(qiáng)度一般很大，對(duì)農(nóng)業(yè)的損害最大，Xie等統(tǒng)計(jì)了中國(guó)1960—2005年冰雹出現(xiàn)頻率的年際變化特征和趨勢(shì)，結(jié)果表明，20世紀(jì)80年代之前年平均冰雹日數(shù)沒(méi)有顯著的變化，而在此之后年平均降水日數(shù)有顯著的減小趨勢(shì)[21]。

霧和霾嚴(yán)重影響大氣能見(jiàn)度，并對(duì)交通運(yùn)輸、人體健康以及農(nóng)作物生產(chǎn)具有重要的影響。根據(jù)能見(jiàn)度將霧劃分為重濃霧、濃霧和大霧，陳瀟瀟等分析了不同等級(jí)霧的年代際變化，結(jié)果表明，對(duì)于多數(shù)地區(qū)來(lái)說(shuō)，重濃霧在20世紀(jì)70年代有增多的突變，而濃霧與大霧無(wú)此特征[22]。高歌利用1961—2005年中國(guó)霾日統(tǒng)計(jì)資料，探討了霾的變化趨勢(shì)，研究表明，我國(guó)東部大部分地區(qū)的霾日主要呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，而西部和東北大部分地區(qū)以減小趨勢(shì)為主[23]。

3.3 多要素極端事件

3.3.1 寒潮

寒潮天氣過(guò)程是一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)過(guò)程，主要特點(diǎn)是劇烈降溫和大風(fēng)，有時(shí)還伴有雨、雪、雨凇或霜凍，會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類(lèi)活動(dòng)以及交通運(yùn)輸帶來(lái)很大影響。中央氣象臺(tái)以過(guò)程降溫與溫度負(fù)距平相結(jié)合來(lái)劃定冷空氣活動(dòng)強(qiáng)度，當(dāng)過(guò)程降溫達(dá)到10℃以上、溫度負(fù)距平的絕對(duì)值達(dá)到5℃以上就可認(rèn)為是寒潮事件。Lau等以3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義寒潮，即降溫大于5℃，中國(guó)內(nèi)陸與沿海的地面壓力差大于5 hPa以及南海北部盛行北風(fēng)風(fēng)速大于5 m/s[24]。西伯利亞中部(70°～90°E，43°～65°N)為寒潮關(guān)鍵區(qū)，絕大部分冷空氣在這里堆積加強(qiáng)進(jìn)而入侵我國(guó)。從年代際變化上看，1961—2010年中國(guó)平均寒潮頻次呈明顯的減少趨勢(shì)，其線(xiàn)性變化趨勢(shì)系數(shù)為-0.3次/10 a，通過(guò)了95%的顯著性檢驗(yàn)(見(jiàn)圖6)。魏鳳英的結(jié)果表明，氣候變暖后，冬春季發(fā)生在全國(guó)性寒潮災(zāi)害的頻次顯著減少，并指出這種減小趨勢(shì)與AO位相的增強(qiáng)趨勢(shì)背景有一定的聯(lián)系[25]。錢(qián)維宏等的結(jié)果表明，發(fā)生在我國(guó)的寒潮以北方最多，東北的寒潮始于10月份，而河套和江南的寒潮在4 月份比較頻繁[26]。

圖6 1961—2010年中國(guó)平均寒潮頻次變化曲線(xiàn)Fig.6 Time series of the frequency of the cold waves during 1961—2010

3.3.2 沙塵暴

沙塵天氣多出現(xiàn)在干旱地區(qū)，空中沙塵彌漫會(huì)降低能見(jiàn)度，對(duì)交通運(yùn)輸和身體健康造成不良影響。如果遭遇持續(xù)強(qiáng)勁大風(fēng)，便形成沙塵暴，強(qiáng)沙塵暴的風(fēng)力可達(dá)12級(jí)以上，其摧毀力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)同樣級(jí)別的普通風(fēng)災(zāi)。

人們一般根據(jù)能見(jiàn)度和風(fēng)速劃定沙塵暴的等級(jí)，中國(guó)氣象局沙塵暴強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)能見(jiàn)度將沙塵暴劃分為3個(gè)等級(jí):沙塵暴、強(qiáng)沙塵暴、特強(qiáng)沙塵暴分別對(duì)應(yīng)的能見(jiàn)度為500～1 000 m、50～500 m和＜50 m?？盗岬仍诖嘶A(chǔ)上，又考慮了沙塵暴致災(zāi)的嚴(yán)重程度，將沙塵暴劃分為4個(gè)等級(jí)，即弱沙塵暴、次強(qiáng)沙塵暴、強(qiáng)沙塵暴以及特強(qiáng)沙塵暴[27]，對(duì)應(yīng)的能見(jiàn)度分別為 500～1 000 m、200～500 m、50～200 m和≤50 m，并采用該指標(biāo)，利用1995—2007年內(nèi)蒙古地區(qū)地面測(cè)站的沙塵暴、能見(jiàn)度、風(fēng)速風(fēng)向觀測(cè)資料，分析研究了內(nèi)蒙古地區(qū)沙塵暴的分布特征，結(jié)果表明，在一年內(nèi)，內(nèi)蒙古地區(qū)的沙塵暴、強(qiáng)和特強(qiáng)沙塵暴集中出現(xiàn)在春季的3月—5月，4月最多，沙塵暴下旬相對(duì)集中，上、下旬是大、小范圍強(qiáng)和特強(qiáng)沙塵暴易發(fā)時(shí)段。李棟梁等以水平能見(jiàn)度小于1 000 m定義沙塵暴事件，選用中國(guó)185個(gè)常規(guī)氣象觀測(cè)站，分析了近50年來(lái)中國(guó)北方沙塵暴的氣候特征，研究表明，中國(guó)沙塵暴日數(shù)呈減小趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代是近5個(gè)年代中最少的，并且指出中國(guó)沙塵暴與夏季青藏高原地面感熱關(guān)系密切[28]。

3.4 干旱

干旱是由于受到長(zhǎng)期降水不足引起的典型的極端氣候事件。干旱及其形成機(jī)理是一個(gè)古老但又富有挑戰(zhàn)性的研究課題，是人類(lèi)面臨的主要自然災(zāi)害，在全球變暖的大背景下，干旱化趨勢(shì)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的主要問(wèn)題之一。有關(guān)干旱指數(shù)的定義多種多樣，總體來(lái)講，一類(lèi)是僅僅考慮降水量這一單因素的指標(biāo)，另一類(lèi)是綜合水分盈虧的指標(biāo)。

降水量干旱指標(biāo)(如降水偏少指標(biāo)，降水距平百分率指標(biāo)等)是通過(guò)氣象學(xué)方法研究降水量的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律或以無(wú)降水持續(xù)日數(shù)反映干旱的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI在我國(guó)國(guó)家氣候中心的旱澇監(jiān)測(cè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用[29]。

降水量-蒸發(fā)量、蒸發(fā)量/降水量、降水量-作物需水量、作物需水量/降水量等干旱指標(biāo)考慮了降水量和溫度變化兩因子的影響，降水資料容易獲得，而蒸發(fā)量的計(jì)算方案有很多，通常以潛在蒸散量來(lái)代替，常見(jiàn)的計(jì)算潛在蒸散的方法有Thomthwaite、飽和差、Penman等模型，其中Penman模型及其修正方案在我國(guó)應(yīng)用最為廣泛。

《氣象干旱等級(jí)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[30]推薦使用綜合氣象干旱指數(shù)IC，該指數(shù)是由降水量標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)和相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)綜合而得，反映短時(shí)間尺度(月)和長(zhǎng)時(shí)間尺度(季)降水量氣候異常情況，又反映短時(shí)間尺度(影響農(nóng)作物)水分虧欠情況。采用綜合氣象干旱指數(shù)分析近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)全國(guó)及不同地區(qū)干旱變化情況，結(jié)果表明，東北和華北地區(qū)干旱化趨勢(shì)顯著(見(jiàn)圖7)，近年來(lái)，西南地區(qū)的重大干旱事件也頻繁發(fā)生。

圖7 我國(guó)東北和華北地區(qū)1951—2010年干旱面積變化Fig.7 Time series of annual percentage areas in drought conditions over northeastern and northern China during 1951—2010

涉及干旱發(fā)生機(jī)理的指標(biāo)有很多，其中使用最多的是Palmer提出的PDSI指標(biāo)，它是一個(gè)綜合考慮水、可能蒸散、前期土壤濕度和徑流的指標(biāo)[31]。PDSI在世界各國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可，早在20世紀(jì)70年代，該指數(shù)被引入中國(guó)，并根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況對(duì)指數(shù)進(jìn)行修正，得到了許多有意義的研究成果。翟盤(pán)茂等利用干旱監(jiān)測(cè)降水指數(shù)(PDSI)分析了1951—2003年中國(guó)干旱變化特征，結(jié)果表明，在近半個(gè)多世紀(jì)中，我國(guó)發(fā)生較大范圍的干旱主要出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代、70年代后期至80年代前期以及20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)初[32]。近10多年來(lái)西南干旱頻繁發(fā)生，給當(dāng)?shù)厝嗣裆a(chǎn)生活帶來(lái)了重大影響。

對(duì)于干旱，據(jù)統(tǒng)計(jì)世界各國(guó)一共有55種指標(biāo)，也有人把干旱分為氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱4類(lèi)，并定義了各自對(duì)應(yīng)的干旱指數(shù)。有些指數(shù)具有區(qū)域和應(yīng)用領(lǐng)域的局限性。因此，在選擇極端指數(shù)對(duì)干旱事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)要針對(duì)具體情況，濫用指標(biāo)很可能會(huì)得到與實(shí)際不符的結(jié)論。

3.5 氣候變暖背景下極端事件的變化趨勢(shì)

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)極端天氣氣候事件變化特征呈現(xiàn)出明顯的差異(見(jiàn)表3)，異常冷事件霜凍、寒潮等顯著減少，異常暖事件高溫?zé)崂俗兓幻黠@，極端降水事件變化趨勢(shì)表現(xiàn)出較大的空間差異性，大風(fēng)、熱帶氣旋、冰雹、霧和霾、沙塵暴等表現(xiàn)為減小的趨勢(shì)。

關(guān)于氣候變暖與極端天氣氣候事件變化聯(lián)系的研究，涉及到有關(guān)形成機(jī)制的復(fù)雜問(wèn)題。Trenberth指出，地面溫度的升高會(huì)使地表蒸發(fā)加劇，使得大氣保持水分的能力增強(qiáng)，大氣水分含量增加[33]。地面蒸發(fā)能力增強(qiáng)，將使干旱更易發(fā)生，同時(shí)為了與蒸發(fā)相平衡，降水也將增長(zhǎng)，易于發(fā)生洪澇災(zāi)害。Liu等探討了各個(gè)強(qiáng)度的降水量隨溫度的變化關(guān)系后指出，當(dāng)全球平均溫度升高1 K，極強(qiáng)降水量(90% ～100%最強(qiáng)強(qiáng)度的降水量)約增加94.2%，而30%～60%百分位降水量約減少20%[34];全球平均降水強(qiáng)度隨溫度的增加幅度明顯大于大氣含水能力的變化幅度。由此看來(lái)，氣候變暖通過(guò)大氣水循環(huán)影響降水極端事件確實(shí)值得關(guān)注。由于冷空氣活動(dòng)的減弱，蒙古氣旋頻數(shù)減少、強(qiáng)度減弱，中國(guó)平均大風(fēng)日數(shù)和極大風(fēng)速呈減弱趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)中國(guó)沙塵暴頻率的減少。大尺度變暖還可能減少大霧頻次，使得半個(gè)世紀(jì)中國(guó)大部分地區(qū)霧日呈減少趨勢(shì)。

表3 各種極端天氣氣候指數(shù)定義及全球氣候變化背景下其變化趨勢(shì)Table 3 Trends of various extreme weather/climate events under the background of global warming

此外，極端天氣氣候事件的頻發(fā)發(fā)生與ENSO事件、季風(fēng)異常與不同的氣候異常模態(tài)緊密相關(guān)，在大尺度環(huán)流異常時(shí)極端天氣氣候事件也更為突出。

4 極端天氣氣候事件的應(yīng)對(duì)

在全球變暖的大背景下，我國(guó)各類(lèi)極端事件均呈現(xiàn)出不同的時(shí)空演變特征。20世紀(jì)中葉以來(lái)，雖然不是所有極端事件都增加了，但在我國(guó)長(zhǎng)江流域強(qiáng)降水頻率趨于增加，而華北和東北地區(qū)干旱范圍趨于擴(kuò)大，近10年來(lái)，西南干旱又頻繁發(fā)生。

特大干旱、持續(xù)性強(qiáng)降水、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)寒潮、區(qū)域性高溫?zé)崂说葮O端天氣氣候事件會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，可稱(chēng)之為重大氣象災(zāi)害。氣候變暖會(huì)引起一些極端事件的強(qiáng)度和頻率增強(qiáng)，人類(lèi)社會(huì)將面臨更高的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，重大氣象災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失不斷加大，必須加強(qiáng)研究、應(yīng)對(duì)和防御。由于極端天氣氣候事件致災(zāi)程度取決于事件本身的性質(zhì)和強(qiáng)度、還取決于孕災(zāi)環(huán)境、承載體脆弱性和防災(zāi)能力等，因此需要從以下方面加以應(yīng)對(duì)。

1)有必要建立高影響極端事件的指數(shù)和指標(biāo)體系，加強(qiáng)高影響的極端天氣氣候事件發(fā)生發(fā)展過(guò)程監(jiān)測(cè)、研究和預(yù)警。隨著研究的深入，科技工作者逐漸認(rèn)識(shí)到探究極端天氣氣候事件形成機(jī)理的重要性。在今后的工作中，要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)高影響的極端事件監(jiān)測(cè)和研究，深入探究極端天氣氣候事件尤其是高影響極端事件的形成機(jī)理和預(yù)測(cè)技術(shù)，不斷提高我國(guó)的災(zāi)害天氣氣候預(yù)警水平。

2)必須加強(qiáng)高影響極端事件的防御能力建設(shè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)國(guó)家極端事件造成的經(jīng)濟(jì)損失較大，而在發(fā)展中國(guó)家極端事件造成的人員傷亡較為嚴(yán)重，這在很大程度上與發(fā)展中國(guó)家抵抗災(zāi)害的能力較弱以及對(duì)極端事件的預(yù)警能力不足有關(guān)。因此，改善人類(lèi)面對(duì)極端事件時(shí)的脆弱性和暴露度有利于提高一個(gè)國(guó)家的防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)能力。例如，針對(duì)高溫?zé)崂颂鞖忸l發(fā)，可以通過(guò)加強(qiáng)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)、完善公共場(chǎng)所的制冷設(shè)施、改善城市基礎(chǔ)設(shè)施等加以應(yīng)對(duì);針對(duì)強(qiáng)降水頻率和強(qiáng)度增加，為減少突發(fā)洪水的危害性，可加強(qiáng)防洪工程建設(shè)，提高建筑質(zhì)量、改善城市排水系統(tǒng)等風(fēng)險(xiǎn)防御措施;對(duì)于重大干旱事件的增加，可通過(guò)加強(qiáng)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展、加強(qiáng)水資源管理的抗旱工程建設(shè)等措施減少旱災(zāi)的影響。

人類(lèi)面臨的氣象災(zāi)害具有很大的地域性特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響屬性，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，評(píng)估災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)因子，因地制宜地制訂風(fēng)險(xiǎn)管理措施有利于降低極端天氣氣候事件所帶來(lái)的影響。

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