監(jiān)控全球極端氣候 南京科學(xué)團(tuán)隊研發(fā)“獨門神器”

環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)訊:在熱門電視劇《慶余年》中，主人公范閑終于找到了母親葉輕眉留下的一封信。信中說，并不存在穿越，也沒有平行時空，人類已經(jīng)進(jìn)入了下一個冰川期。而在根據(jù)劉慈欣同名小說改編的電影《流浪地球》中，地球在2075年成了一個“雪球”，不再適合人類生存。

在1986年9月（上）和2019年8月拍攝的奧克冰川對比照片。

美國加州再遭大火侵襲。11月26日，一架飛機(jī)在進(jìn)行滅火作業(yè)。

7月，歐洲迎來高溫天氣。圖為人們在德國烏瑟多姆島避暑。

12月23日，在意大利威尼斯，一名裝扮成圣誕老人的男子站在遭洪水侵襲的圣馬可廣場上。

《慶余年》劇照。

羅京佳教授。

在現(xiàn)實中，在即將過去的2019年里，世界各地不斷爆發(fā)極端天氣事件，就在上周，南北半球兩座城市的溫差已超過90℃。冰川消融，洪水頻發(fā)，山火不斷，我們賴以生存的地球，正被大自然無情地出示黃牌。

地球會像霍金預(yù)測的那樣，在10年后進(jìn)入冰河時代，還是會在全球變暖的影響下，變成一個脾氣難以捉摸的“古怪星球”？現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)能不能監(jiān)控極端氣候？對于這些問題，國家特聘教授、南京信息工程大學(xué)氣候與應(yīng)用前沿研究院院長羅京佳教授日前告訴揚(yáng)子晚報記者，其團(tuán)隊已研發(fā)出一種全球氣候數(shù)值模式，可以對未來的氣候進(jìn)行精確預(yù)測。

“冰封世界”會出現(xiàn)嗎？

“冰川期”有沒有規(guī)律可循？

霍金曾預(yù)言地球?qū)⒂?030年左右進(jìn)入冰河時期。羅京佳對此表示，目前還看不到有明顯的跡象。

羅京佳告訴記者，過去40萬年以來地球經(jīng)歷的四個“冰川期”?！暗厍蚰壳疤幵?0萬年以來的第五個‘間冰期’即溫暖期。地球一個氣溫周期變化的時間為10萬年左右，工業(yè)化以來全球變暖只有100多年，和這個10萬年的“冰期—間冰期”周期相比實在是太短?！?/p>

10萬年的周期是怎樣形成的？羅京佳表示，“目前科學(xué)界對這個10萬年的周期形成原因并不怎么清楚，但是過去40萬年以來，全球平均氣溫與二氧化碳的變化是比較一致的?！?/p>

科幻中的“雪球地球”會出現(xiàn)嗎？

羅京佳告訴記者，人類活動對氣候的影響越來越大，如果不有效控制其負(fù)面影響，未來氣溫繼續(xù)以高于自然調(diào)節(jié)能力的速度上升，那么在短時間內(nèi)（相比千萬年而言）“冰川期”重現(xiàn)的可能性會較低。

羅京佳介紹，根據(jù)世界各地的報道和已有的研究結(jié)果，陸地上的冰川過去幾十年來一直在收縮，北極洋的海冰也在不斷減少，南極的海冰面積前幾十年有所增長，但最近幾年急劇下降。這里面全球變暖的影響可能較大，但年代際變化的影響也不能排除。

極端氣候的形成，例如夏季極端高溫、強(qiáng)臺風(fēng)等很大程度上受到了全球變暖的影響。羅京佳補(bǔ)充，每一個極端事件的發(fā)生都是受當(dāng)時的天氣系統(tǒng)，年際或年代際信號以及全球溫暖趨勢的影響。

北極

據(jù)統(tǒng)計，今年7月，北極海冰覆蓋面積比1981年到2010年的平均水平低19.8%，打破了2012年7月創(chuàng)下的紀(jì)錄。當(dāng)月，格陵蘭島冰蓋融化高達(dá)1970億噸，是常年的4倍多。

南極

同樣根據(jù)今年7月的數(shù)據(jù)，南極海冰覆蓋面積比1981年到2010年的平均水平低4.3%，創(chuàng)41年來的最低水平。

今年，我們?yōu)楸ㄅe行葬禮……

2019年8月18日，人們聚集在冰島第一座“死亡”冰川——奧克冰川原址，為它舉辦“葬禮”。紀(jì)念碑上，刻著一封給未來的信：“這是第一條痛失冰川地位的冰川。在接下來的200年里，我們所有的冰川都將遵循同樣的滅亡路徑……”根據(jù)衛(wèi)星圖像，奧克冰川在1986年以純白色的大面積冰雪的形式出現(xiàn)，但在今年8月1日拍攝到的圖像中顯示，冰川只剩下少量的白色冰。

2019地球再亮黃牌

南北球溫差超過90℃

12月19日，俄羅斯遠(yuǎn)東薩哈雅庫特共和國首府雅庫茨克遭遇嚴(yán)寒天氣襲擊，市內(nèi)最低溫度達(dá)到零下46攝氏度。

而在南半球的澳大利亞，南澳大利亞州首府阿德萊德市當(dāng)天氣溫達(dá)到45.3攝氏度。

地球經(jīng)歷“最暖10年”

12月3日，世界氣象組織發(fā)布的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，從平均溫度來看，2015年至2019年這5年以及2010年至2019年這10年“幾乎確定分別為有記錄以來最暖的5年和10年”。

“氣候緊急事件”入選年度詞匯

11月，《牛津詞典》宣布“氣候緊急事件(climateemergency)”為2019年年度詞匯。此前，“氣候緊急事件”的使用增加了100倍。

當(dāng)月28日，歐洲議會以壓倒性投票通過決議，宣布?xì)W盟進(jìn)入“氣候緊急狀態(tài)”。

45.3-46

●亞洲

今年夏天，南亞地區(qū)正值雨季，印度、尼泊爾和孟加拉國三國受災(zāi)嚴(yán)重，數(shù)千萬人身處澤國。據(jù)印度內(nèi)政部發(fā)布的數(shù)據(jù)，今年6月1日至9月24日，超過1600人死于強(qiáng)降雨引發(fā)的災(zāi)害。

●大洋洲

高溫和大風(fēng)今年在澳大利亞引發(fā)罕見規(guī)模野火，過火面積達(dá)到至少300萬公頃，最大城市悉尼一度面臨“災(zāi)難”級最高級別火警。

●歐洲

歐洲今年夏天遭遇酷暑，法國加拉爾蓋萊蒙蒂厄市6月28日最高氣溫達(dá)到45.9攝氏度，創(chuàng)下新紀(jì)錄，6月和7月襲擊法國的兩股熱浪致使大約1500人死亡。全歐洲范圍今年上半年發(fā)生超過1400起林火。

11月12日以來，意大利“水城”威尼斯遭遇半個多世紀(jì)以來最嚴(yán)重水災(zāi)，85%面積被洪水侵襲。

●北美洲

7月，美國阿拉斯加州最大城市安克雷奇氣溫達(dá)32攝氏度，創(chuàng)50年來最高紀(jì)錄，覆蓋阿拉斯加州85%土地的永久凍土開始融化。美國加州今年山火累計過火面積為1010平方公里。

●南美洲

巴西國家太空研究院數(shù)據(jù)顯示，亞馬遜雨林今年探測到的火災(zāi)有72000多起，比去年同期增長84%，幾乎是2018年全年火災(zāi)數(shù)的兩倍。多名環(huán)境專家說，森林“完全燒焦”了，包括美洲虎、美洲獅在內(nèi)的超過230萬只動物在林火中死亡。

●非洲

南部非洲發(fā)展共同體16個成員國正遭遇嚴(yán)重干旱。聯(lián)合國3個機(jī)構(gòu)10月31日發(fā)出警告，南部非洲大約4500萬人口將在今后6個月面臨嚴(yán)重糧食短缺，其中四分之一正在經(jīng)歷干旱導(dǎo)致的糧食供應(yīng)“危機(jī)”。

生態(tài)警告

◎比猛犸象還古老的樹木面臨滅絕

生長在北美西南部沙漠地區(qū)的約書亞樹，從250萬年前的更新世就出現(xiàn)在地球上，歷史比猛犸象悠久。但研究表明，如果不采取強(qiáng)有力的行動控制全球變暖，這種古老樹種可能在本世紀(jì)末之前就會滅絕。

◎我們的后代可能再也見不到帝企鵝了

美國一項新研究發(fā)現(xiàn)，如果不及時采取行動遏制氣候變暖的趨勢，預(yù)計到2100年，現(xiàn)存企鵝家族中體形最大的成員——帝企鵝的數(shù)量將減少86%，屆時帝企鵝的數(shù)量將不太可能回升，該物種將走向滅絕。

獨門神器如何監(jiān)控氣候

模擬真實世界，能夠提前兩年預(yù)測厄爾尼諾

類似厄爾尼諾現(xiàn)象這樣的極端氣候應(yīng)該如何預(yù)測？羅京佳帶領(lǐng)的團(tuán)隊，針對長江中下游地區(qū)的氣候狀況，研發(fā)了一個高精度氣候預(yù)測系統(tǒng)，耦合大氣、海洋、陸面等不同模式，對未來兩年內(nèi)的氣候情況進(jìn)行有針對性的預(yù)測，“旅行老是碰上下雨”的尷尬情境也許可以不再重演。

記者了解到，通過這個數(shù)值預(yù)測系統(tǒng)，未來幾個月、幾個季度的氣候狀況都可以被獲知。比如，去年冬天令人印象深刻的連綿陰雨，該團(tuán)隊研發(fā)的氣候預(yù)測系統(tǒng)提早八個月就預(yù)測到了這一氣候異常的出現(xiàn)。

羅京佳介紹，團(tuán)隊研發(fā)的全球氣候數(shù)值模式是一種用計算模型來模擬真實世界的氣候系統(tǒng)，把觀測到的氣候數(shù)據(jù)同化到模式里，通過該模式便可以對未來的氣候進(jìn)行精確預(yù)測。

“今年哪個月、哪個地方會下大暴雨，發(fā)生洪澇或者干旱的可能性，都能進(jìn)行比較高精度的預(yù)測。”羅京佳告訴記者，“參考我們的預(yù)測，居民出行可以避免異常天氣，防災(zāi)部門也能提前做好相關(guān)預(yù)防措施。”

記者了解到，通過這套系統(tǒng)，未來兩年內(nèi)的厄爾尼諾現(xiàn)象都可以被預(yù)測，且準(zhǔn)確率高達(dá)75%。這與之前國際上提早六個月預(yù)測相比，邁出了一大步，處于領(lǐng)先地位。目前，國際上也只有羅京佳的模式每月提供兩年的厄爾尼諾實時預(yù)測結(jié)果。

這個“暖冬”，南信大早就“算出來了”

羅京佳向記者提供了南信大實時預(yù)測系統(tǒng)（NUISTCFS1.0）對未來兩年的厄爾尼諾狀況的預(yù)測。實時預(yù)測系統(tǒng)每月更新，提供長達(dá)兩年的全球氣候異常預(yù)測信息。

模式預(yù)測結(jié)果顯示，2019年夏季衰減下去的厄爾尼諾開始重新加強(qiáng)，觀測上目前赤道中東太平洋區(qū)域的海表溫度異常已經(jīng)超過0.5攝氏度，達(dá)到厄爾尼諾事件的水平，與此同時，中太平洋型的厄爾尼諾仍在持續(xù)，NUISTCFS1.0的預(yù)測結(jié)果表明，這一中東太平洋的暖事件將在2019冬季持續(xù)并于2020年春季逐步衰減下去。

根據(jù)模式預(yù)測結(jié)果，2019年冬季我國東北和東部沿海地區(qū)氣溫偏高，可能為暖冬，而西北、華北、華中大部分地區(qū)氣溫偏低；2020年春季，長江以北氣溫偏高，長江以南氣溫偏低。降水方面，2019年冬季我國大部分地區(qū)降水偏多，南方可能再現(xiàn)前冬的連綿陰雨天氣。2020年春季華南和西北降水偏多，其它地區(qū)降水偏少；預(yù)計明年夏季我國東部降水呈現(xiàn)兩極性分布，長江以北偏旱，長江以南偏澇。從全球范圍來看，2019年冬季，中國西北部、美國東南部、中亞以及北歐氣溫偏低，其他地區(qū)以暖異常為主。2019年冬季到2020年春季，澳大利亞西部和美國中東部有發(fā)生持續(xù)干旱的風(fēng)險。

這套系統(tǒng)正在為北京冬奧會提供氣象保障

羅京佳的研究院工作目標(biāo)非常明確，一是研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的氣候預(yù)測系統(tǒng)，預(yù)測時效從幾周、幾個月到幾年，滿足從市縣到全球的精細(xì)化預(yù)測需求；二是基于這個預(yù)測系統(tǒng)，研發(fā)能為各行業(yè)帶來效益的應(yīng)用和服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行。在羅京佳的努力下，氣候預(yù)測系統(tǒng)1.0版也已成功在南信大超算機(jī)上建立并穩(wěn)定運(yùn)行，從2019年1月起開始提供長達(dá)兩年的ENSO和印度洋偶極子（IOD）氣候預(yù)測信息，可提供全球月-季平均氣溫和降水異常等預(yù)測信息。

“科學(xué)研究最終一定要落地，一定要造福社會，這樣才能更好地推動科學(xué)本身的發(fā)展。”羅京佳的研究結(jié)果曾應(yīng)用于日本的船運(yùn)公司、南非的農(nóng)業(yè)水文部門以及澳大利亞的漁業(yè)養(yǎng)殖、臺風(fēng)預(yù)測、大堡礁保護(hù)等，對經(jīng)濟(jì)社會產(chǎn)生了直接價值。

利用這套模式，羅京佳在全球首次提前一年成功實時預(yù)報出2006年印度洋偶極子事件，并連續(xù)成功預(yù)報了此后三年的印度洋偶極子事件，在國際社會引起轟動。

在國內(nèi)，羅京佳的逐月實時預(yù)測系統(tǒng)提前9個月以上穩(wěn)定地預(yù)測了2011年春季發(fā)生在我國東南地區(qū)的極端干旱事件，提前8-9個月以上穩(wěn)定地預(yù)測了2018年冬天我國東南地區(qū)發(fā)生的連陰雨事件。此時此刻，不停在“RUN”的NUIST-CFS1.0系統(tǒng)正在為北京冬奧會提供氣象保障。

高溫頻發(fā)是怎么回事

氣溫上升，“百年一遇”將越來越多

未來，氣候的變化將會呈現(xiàn)怎樣的態(tài)勢？羅京佳做了一個預(yù)估：目前國際上利用幾十個動力模式，根據(jù)給定的不同人類活動情景，如二氧化碳和氣溶膠排放等，對將來幾十年至百年的氣候進(jìn)行預(yù)估。

二氧化碳是大氣中主要的長效溫室氣體，可在大氣中滯留數(shù)百年。從原理上來講，將來的氣候變化是由外部輻射強(qiáng)迫（二氧化碳和氣溶膠排放等引起的長波和短波輻射）的變化決定的。在給定二氧化碳排放增加和氣溶膠排放下降的各種情景下，未來的全球氣溫，根據(jù)已有動力模式試驗結(jié)果，將會上升，上升的幅度取決于給定的人類活動情景。

11月25日，聯(lián)合國《溫室氣體公報》顯示，2018年，地球大氣中溫室氣體的濃度又創(chuàng)歷史新高。對此，世界氣象組織秘書長塔拉斯說，如果各國現(xiàn)在不采取緊急行動，到本世紀(jì)末，溫度升高將超過3攝氏度，“過去‘百年一遇’的熱浪和洪水正變得越來越頻繁?！?/p>

城市氣溫為何會高于鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫？

羅京佳介紹，高溫頻發(fā)，或源于多年罕見的大氣環(huán)流異常。大量研究表明，人類活動排放的二氧化碳、甲烷等溫室氣體導(dǎo)致了全球溫度的上升以及高溫事件的頻發(fā)。

羅京佳說，從天氣尺度來說，大氣環(huán)流會直接引發(fā)高溫天氣。比如，中國南方地區(qū)夏季的高溫天氣主要受副熱帶高壓的影響，而中國北方夏季的高溫天氣主要受大陸暖高壓控制，在輻射增溫和下沉增溫的綜合作用下就會導(dǎo)致高溫天氣的出現(xiàn)。今年7月21-27日西太平洋副熱帶高壓維持，對流層上層200百帕有大范圍持續(xù)穩(wěn)定的高壓，促進(jìn)了我國東部大部分地區(qū)持續(xù)高溫的發(fā)生。

“有研究表明，厄爾尼諾和正的印度洋偶極子事件會導(dǎo)致中國地區(qū)高溫天氣偏多。今年夏天厄爾尼諾和正的印度洋偶極子事件同時發(fā)生，熱帶印度洋和太平洋海溫異常使得大氣環(huán)流出現(xiàn)異常，有利于高溫天氣的發(fā)生。此外，全球變暖以及城鎮(zhèn)化引發(fā)的城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致城市地區(qū)的氣溫要高于周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣溫，從一定程度上加劇了城市地區(qū)的高溫天氣?！?/p>

更多影響

持續(xù)高溫，將擾亂人體調(diào)節(jié)機(jī)制

過熱也會導(dǎo)致抑郁癥

持續(xù)高溫會影響人們的健康生活。大量的科學(xué)證據(jù)顯示，過熱會對人類的健康產(chǎn)生有害影響，導(dǎo)致從抑郁癥到心臟病等各種疾病的發(fā)生。在炎熱的天氣里，出汗是最有效的降溫機(jī)制。但如果汗腺被“堵”，汗液不能有效排出的話，人體的溫度調(diào)節(jié)機(jī)制就會失效?！案邷靥鞖庥绊懭梭w健康，尤其是老人、孩童和體質(zhì)較弱人群。長時間暴露在高溫下會直接引發(fā)暈厥、中暑等疾??；并且會間接地引發(fā)心腦血管病、心臟病、呼吸道及腸胃等方面的疾病。此外，高溫還使人容易感到疲勞、煩躁?！?/p>

羅京佳建議，公眾應(yīng)盡量避免在高溫時段進(jìn)行戶外活動，尤其是老人、小孩、孕婦等特殊人群；如果要外出，需做好防曬防暑工作，隨身帶好遮陽傘、帽，多喝水，必要時準(zhǔn)備一些常用的防暑降溫藥品；在室內(nèi)，可以采取一些降溫措施，如通風(fēng)、開電扇、開空調(diào)等；對于戶外工作人員，如環(huán)衛(wèi)工人、司機(jī)和交警等，出汗過程中會流失鹽分，應(yīng)注意及時補(bǔ)充淡鹽水。