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中国西北气候有“异常”?科研人员20多年前就有预测

2019-11-24 19:14:51
[摘要] 中国幅员辽阔,气候多样。因此,这一地区的气候变化受到了极大的关注。图1中国西北降水气候区划在此基础上,研究人员对1961年至2015年西北气候区的降水变化进行了研究。就西北地区而言,通过科研人员的研究

《观察家报》专栏作家[·汉·苻坚]

全球变暖现已成为公众广为人知的全球性话题。我们生活在全球变暖的气候中,并且我们一直受到气候变化的影响。中国幅员辽阔,气候多样。我们不能“一言以蔽之”全球变暖对中国气候的所有影响。根据最新的研究结果,郑静芸等学者将中国的气候区划分为12个温度区、24个干湿区和56个气候区。然而,全球变暖对每个气候区的温度和降水的影响是不同的。因此,不加地区区分地谈论全球变暖的影响既不客观也不科学。

就中国西北而言,气候区包括中温带、暖温带和高原的干旱和半干旱地区。虽然上述气候区年平均降水量在400毫米以下,但降水分布极不均匀,当地生态环境脆弱,是世界上最敏感的地区之一。因此,这一地区的气候变化受到了极大的关注。20世纪90年代,石亚峰院士指出,1987年后,中国西北地区,特别是新疆的气候,根据当地的地表温度、降水、冰川融化和径流,会突然变暖变湿,进而提出了中国西北地区气候由暖干变暖湿的假设。自假说提出以来,20多年过去了。在此期间,研究人员对西北地区降水和干湿状况的变化进行了更详细的研究,包括进一步完善西北地区的气候区。我们知道陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆五省除东南部外,都是温带大陆性气候,两者的降水差异很大。因此,研究者根据降水变化分布的气候区划,将西北地区划分为东西北地区(ⅴ)、青海高原及斜坡地区(ⅳ)、河西走廊地区(ⅲ)、北疆地区(ⅰ)和南疆地区(ⅱ)。

图1中国西北降水气候区划

(资料来源:刘伟成等,“中国西北地区近55年降水变化特征及影响因素分析”,《高原气象学》,2017年第6期,第1535页)

在此基础上,研究人员对1961年至2015年西北气候区的降水变化进行了研究。人们发现,自20世纪80年代中期以来,西北气候区发生了气候变化。除西北东部地区的降水外,其他地区的降水均呈上升趋势。这一结论与石亚峰院士的预测基本一致。中国西北部,尤其是西部,经历了从干旱到潮湿的转变。此外,将降水量的变化与当地温度进行比较,发现随着西北地区整体温度的升高,降水量的分布格局将会持续很长一段时间,即随着全球变暖,西北东部的降水量将会变得越来越干,而西北西部的降水量将会随着温度的升高而继续增加。这里需要注意的是,根据陈法虎院士团队的研究,受东亚季风影响的西北地区东部和西部干旱地区的干湿变化可能具有“交错期”特征,即干湿变化不及时同步。

历史上,以过去1000年为时间尺度,发现西北地区的东部和西部都经历了几次干湿变化,这可以说是正常的气候现象。根据历史文献,历史重建时期西北东部的干湿变化在1050-1249年、1450-1549年、1721-1750年和1900-1949年是干燥的,在1350-1449年、1550-1720年和1750-1899年是湿润的。从中我们可以看出,在历史上,这个地区一百多年来一直是潮湿的,与干旱交替出现,形成了一个更明显的一百多年来干湿交替的循环。

对于历史文献不足的西部干旱地区,研究者利用柴达木盆地苏甘湖年度核心摇蚊等其他代用资料的记录,重建了近千年来的湿度变化。在比较了这两个地方的干湿时期后,发现在14世纪和17世纪有明显的干湿差异。因此,从长期观察可以看出,西北东西部的干湿错位并不少见,一旦发生干湿转换,往往会持续100年左右,短期内不会再发生变化。

今年雨下得很大,莫高窟附近的戈壁沙漠在八月变成了绿色。孙志军敦煌摄影研究所

全世界的研究者都在努力探索区域气候变化的驱动机制。目前,需要解决的不仅是观察全球变暖对世界各地的影响,还要进一步解释全球变暖对区域气候变化的机制。从全球角度来看,随着气候变暖,水文循环得到了显著加强。北半球、中部非洲、印度和东南亚高纬度地区的年降水量显著增加,而包括中南美洲、南部非洲、澳大利亚和印度尼西亚在内的低纬度地区的年降水量明显减少,干旱趋势趋于增加。

就西北地区而言,通过科研人员的研究,降水与全球气温有一定的对应关系。主要表现为西北地区西部干旱区的年降水量随着全球气温的升高呈上升趋势,而东部半干旱区的年降水量呈下降趋势。例如,金莉雅等人发现了一个值得关注的现象,即全球平均气温较高的新疆地区近四年的平均降水量比气温较低的四年平均降水量增加了30%以上,而甘新和甘肃东部地区的平均降水量却有所下降。

从机械上讲,中国西北地区水汽输送有三种方式,即大西洋和北冰洋的西风带、印度洋的南亚季风和太平洋的东亚季风。在全球变暖的趋势下,北冰洋的水汽呈上升趋势,这极大地影响了北半球中高纬度地区大气环流的基本状态。代表性的影响是北极涛动的突变。例如,当北极涛动(ao)处于正相时,极涡面积指数很小,研究人员发现,极涡面积的减小与西北降水从西向东的增加有很好的相关性。

同样,全球变暖通过影响热带中东太平洋和中纬度北太平洋的表面温度,影响太平洋的东亚季风强度,从而影响西北地区东部的降雨量。这里应该注意的是,无论哪一个水汽源区受到全球变暖的影响,都有一个共同的结果,即中国西北地区的降水在西部增加,在东部减少。

图2:北极涛动的不同相位效应

(资料来源:香港天文台华盛顿大学华莱士博士官方网站)

以上讨论的是中国西北地区的年平均降水量。那么,在全球变暖的背景下,极端降水和干旱的频率也增加了吗?根据气象部门的研究,在全球变暖的背景下,西北地区的极端降水日数在过去30年中显著增加。这表明极端降水事件的频率正在增加。从空间分布来看,除西北地区东南部外,其他地区极端降水日数均有所增加,尤其是新疆。

历史上,在过去的1000年里,11、15和20世纪西北地区东部频繁发生概率为10%的极端干旱事件,15世纪多达24次。对于历史时期西北西部地区极端干旱的重建,研究人员发现,在过去的2800年中,发生概率相同的极端干旱事件在西汉前期、晚唐、五代和明初最为频繁。魏晋南北朝和晚明是大众化时期,而公元5-12世纪是一个低发生期。由此可见,在整个历史时期,西北地区的极端降水和干旱事件表现出大量发生和间歇性交替的特点,持续时间往往长达100年以上。

图3:过去1000年西北东部极端干旱的数量

(资料来源:杨犹达、韩苻坚:《历史时期极端气候事件识别方法研究——以西北干旱系列为例》,《历史地理学》2014年第30期,第27页)

面对未来西北地区降水和极端降水的长期分布格局,从社会经济发展和防灾救灾的角度出发,应开展相应的预判和防灾工作。在西北干旱半干旱地区,降水是农牧业生产的主要影响因素,因此降水变化对西北地区农牧业发展和经济建设起着重要作用。然而,降雨量本身并不全面。年干燥度,即最大可能蒸散量与年降水量之比,也是影响植被类型和农业生产类型的一个重要因素。研究人员研究了西北地区的干旱变化,发现在20世纪80年代中后期,西北地区的干旱突然发生变化,随著西北地区西部降水量的增加和蒸发量的减少,干旱指数呈下降趋势。这无疑会给西北地区的农牧业生产带来积极的影响。

在防灾救灾方面。中国西北西部降水量的逐渐增加,一方面将对土壤水分和地表覆盖度产生积极的影响,从而抑制沙尘暴的发生;然而,另一方面,降水的增加是以这样一种方式实现的,即弱降水显著减少,强降水和降水的天数显著增加,从而容易导致极端降水事件引起的泥石流和滑坡等次生灾害的增加。此外,西北东部降水的减少趋势也值得关注。随着气候的进一步变暖,降水减少的趋势将越来越严重,尤其是在雨季。随着气温的升高,降水量的减少趋势将导致该地区干旱趋势的加剧,特别是宁夏中部、甘肃中部和陕北等干旱频繁发生的地区。

简而言之,“从古到今”使我们能够在当前全球变暖的背景下,对中国西北地区的降水变化保持更加理性的态度。面对中国西北地区干湿交替的变化和极端降水的增加,我们应该更加重视社会发展和防灾减灾,而不是夸大甚至散布不必要的恐慌。

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