研究顯示降水變率將隨氣候增暖而增強

2021年，中國科學(xué)院大氣物理研究所LASG國家重點實驗室副研究員張文霞等與英國氣象局學(xué)者合作，以“降水變率將隨氣候增暖而增強”為題發(fā)表文章指出，隨著氣候增暖，全球濕潤區(qū)（主要包括熱帶、季風(fēng)區(qū)、中高緯地區(qū)）在因總降水增多而變得更為濕潤的同時，降水在時間上的分配也將變得更為不均勻，干濕時期間的波動將更為劇烈。

“對全球大部分區(qū)域而言，降水變率的增加意味著全球增暖正在或?qū)⑹沟脷夂蛳到y(tǒng)變得更加多變和不均勻。這與近二十年來從全球到區(qū)域尺度我們所經(jīng)歷的洪澇與干旱事件均頻繁發(fā)生的事實是一致的?！痹撐耐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W(xué)院大氣物理研究所研究員周天軍表示，未來更“善變”的氣候，對氣候變化的應(yīng)對工作提出了新的挑戰(zhàn)。

隨著氣候增暖，大氣持水能力增加，全球水循環(huán)將持續(xù)增強。在全球尺度上，這表現(xiàn)為總降水量的增加和降水極端性的增強兩方面。同時，降水變率的變化是水循環(huán)變化的重要組成部分，但以往國際科學(xué)界卻鮮有關(guān)注。

降水變率是指降水事件可能的波動或振蕩范圍，變率越大，異常降水發(fā)生越頻繁、氣候的不均勻性越強，極端事件也越強，對民生和社會經(jīng)濟發(fā)展的影響也越大。在增暖背景下，降水變率的變化會影響到社會和生態(tài)系統(tǒng)的氣候可恢復(fù)力，是氣候變化應(yīng)對工作必須考慮的重要環(huán)節(jié)。

該研究利用英國氣象局參數(shù)擾動大樣本集合模擬和預(yù)估試驗結(jié)果，研究了從天氣到年際尺度的多尺度降水變率對全球增溫的響應(yīng)。結(jié)果表明，在天氣尺度到月、季節(jié)內(nèi)和年際等各個時間尺度上，降水變率均將隨全球增溫而增強。降水變率的變化在全球呈現(xiàn)出非均勻分布特征，其增強主要發(fā)生在氣候態(tài)濕潤區(qū)，因此降水變率的變化主要表現(xiàn)為“濕區(qū)的變率更為劇烈”。

全球增溫1℃，全球平均的降水變率將增加約5%，這一速率約為平均降水變化的兩倍。

在物理機制上，該研究提出了一種簡約的動力診斷方法，發(fā)現(xiàn)降水變率的增強由增溫所引起的大氣水汽含量增加起主導(dǎo)作用，且該熱力作用在全球較為均勻。

其次，水汽和環(huán)流共同變化的非線性作用也使得降水變率增加，這與垂直上升運動和凝結(jié)潛熱釋放之間的反饋有關(guān)。另一方面，動力作用則使得降水變率減小，這是由增暖背景下環(huán)流變率減弱導(dǎo)致的。

“結(jié)合降水平均態(tài)和變率的變化，我們提出了一種新的、更全面的描述和研究降水變化型式的方式。全球約有三分之二陸地未來將面臨‘更濕潤且波動更大’的水文狀況（即降水平均態(tài)和變率均增加）。此外分別約有16%的陸地面積將面臨‘更干且波動更大’（即平均降水減少但變率增加）和‘更干和波動減小’（即降水平均態(tài)和變率均減少）的狀況?！睆埼南颊f。

上圖為結(jié)合降水平均態(tài)和變率變化劃分的降水變化型式。填色為降水變率變化與平均態(tài)變化的比值。

張文霞認為，這幾類典型的降水變化型式的劃分，對于氣候變化應(yīng)對策略的制定具有重要的參考意義，因為降水平均態(tài)和變率變化的不同組合，將在不同地區(qū)造成不同類型的水文、農(nóng)業(yè)和生態(tài)影響。我國大部分地區(qū)的降水變化型式屬于“更濕潤且波動更大”，意味著降水的極端性將增強，這需要引起我們重視。