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以拉尼娜为代表的前沿理论的进展和突破,已经并还将不断以气候预测为桥梁,影响着社会生活的各个领域——
前沿理论,怎样改变着我们的生活?

发布时间:2022年11月09日 来源:中国气象报社

“三重”拉尼娜!当世界气象组织的预测结论一出、国家气候中心进行解读,许多人为之一动:今年会是冷冬吗?今年冬天会有极端低温吗?拉尼娜与“冷”的各种联想迅速成为各社交平台的热议话题。

拉尼娜现象,一个听上去远不如大风、暴雨具象的科学名词,是如何打出如此高的社会知名度的?而在对其无疑更为熟知的气候学家视角中,拉尼娜、厄尔尼诺这些相对来说比较新的概念以及相关理论的形成,又意味着什么?

国家气候中心气候服务首席专家周兵,从其个人观察和职业经历的角度,为我们一一讲述分析。某种意义上,这或许也是前沿理论取得进展后,迅速改变全球每个人生活的一个印证。

在周兵看来,公众熟悉拉尼娜,是比较自然的——“我们统计了拉尼娜年我国冬季气温距平,在新的气候态背景下,冬季气温距平低于-1℃的有10次,在0℃到-0.99℃间的有6次。”周兵进一步解释,拉尼娜与我国冬季气温的对应关系比较直接,尤其是20世纪80年代中期之前,当拉尼娜事件出现的时候,往往对应着冬季偏冷或冷冬,甚至强冷冬。但随着全球变暖,这种对应关系在减弱,甚至有个别拉尼娜年也会出现暖冬。

2021年秋冬季第二重拉尼娜来临的时候,当年11月5日至9日我国遭遇有气象记录以来第4强的寒潮过程,让公众感性认知了拉尼娜“冷”的印象,诸多媒体发出强寒潮是否“打脸”气候变暖的疑问。人们自然联想到2008年,我国南方发生的大范围低温雨雪冰冻灾害与拉尼娜的关系。

接下来,视角切换到气候学家这里。

拉尼娜与我国冬季气温、夏季降水有一定对应关系,但不能完全画等号。因为我国气候复杂多样,除了拉尼娜和厄尔尼诺,影响因子还有其他大气内外诸多强迫因素,需要综合分析判断。不过对气候学家而言,拉尼娜或厄尔尼诺概念以及相关理论的出现,确实有着极为特殊的意义。

“南方涛动指数和海温指数是不是正相反?”周兵分析,尽管具体定义有所差别,但在全球的气候学家眼中,海洋和大气各自的变化和相互之间的密切关联,是用以分析和预测全球气候的重要工具。

它也代表着,过去100年间科学上的一种传承和接力。

20世纪20年代,英国气象学家吉尔伯特·沃克利用澳大利亚达尔文站、赤道中太平洋塔希提站的观测资料,发现印度洋和太平洋海平面气压变化存在一种神奇的“跷跷板”关系。1924年,他将这种气压变化形式命名为南方涛动。

南方涛动是热带大气对厄尔尼诺或拉尼娜的响应,但彼时学者并不了解这一点。加之1930年到1950年,表征南方涛动的气候信号较弱,同以前相比非常不明显,对南方涛动的进一步研究陷入低潮。

直到1960年,雅各布·皮叶克尼斯对厄尔尼诺的机制进行深入研究时,发现热带太平洋存在一种大气垂直环流型。以此为基础,他第一次将南方涛动与海表温度联系了起来,指出南方涛动和厄尔尼诺存在的密切联系,是热带大气和海洋运动相互作用的表现。

后来,为了表彰此前吉尔伯特·沃克的贡献,气象学家将这个环流命名为“沃克环流”。

科学界把厄尔尼诺和南方涛动合称为恩索(ENSO)事件,ENSO事件的发生,往往与区域或全球大气气候异常密切相关,在全球变暖的背景下,引发更多极端天气。

ENSO这一信号出现后,对气候学家来说意味着什么?

周兵直言:“这不就是我们气象工作者最喜欢、最兴奋的事情吗?”

周兵说,因为其与气候状况有很好的对应关系,并可应用到气候预测实践中,能够有效提高气候预测准确率。在气候学家眼中,正是“全球范围内年际、年代际气候变化显著信号”。

简单地说,当赤道中东太平洋海温发生变化,引发全球或区域气候异常主要有三种途径:

其一为按照由近及远原则,通过纬向环流(沃克环流及次级环流)影响热带地区,包括南美洲以及澳大利亚、印度尼西亚等地和热带非洲;再者通过大气遥相关波列传播间接影响下游北美地区,也称为大气遥相关;还有通过“上游效应”影响西太平洋副热带高压,则会导致东亚地区经向环流异常,从而影响东亚地区。

这些理论是如何改变气候学家分析和预测气候的思维方式的?

举一个例子。从2020年8月开始,赤道中东太平洋一直维持冷海温事件,与这一时间线重合的,其中之一是澳大利亚连续三年遭遇历史罕见洪水。作为一名气候学家,在周兵的视角中,他“尽管不清楚哪一天会下暴雨,因为暴雨作为一种天气过程,需要和其他环流配合起来才能触发”,但他“很清楚该地区降水会明显增加,因为拉尼娜提供了一个容易产生暴雨的背景”。

在我国,对ENSO理论和机制运用最为成功的例子之一,就是对1998年长江中下游降水偏多较为准确的把握。

是的,前沿理论的进展和突破,已经并还将不断以气候预测为桥梁,影响着社会生活的各个领域,让个体可以通过预判,调整更有利的行为方式。

不过,有ENSO相关理论加持,为什么气候预测,特别是中国的气候预测,仍然并非一件易事?

东亚位于ENSO发生区的上游,我们先来看“上游效应”是如何发生的。

举例来说,以拉尼娜为例,纬向沃克环流中的东南信风把东太平洋温暖的海水带向西太平洋,赤道西太平洋就会出现温暖潮湿的低压区,低压区对流活动加强,使得热带辐合带加强,降水强度加大。而赤道西太平洋上升运动的加强,又通过经向的哈德莱环流,造成了其北面副热带高压中下沉气流的加强。

听上去有点复杂,这涉及热带大气与热带外大气的相互作用。今年夏天,在副热带高压控制下我国南方出现持续旱情,华北、黄淮等地多降水的背后,有拉尼娜层层“推动”的影子作用,其施加的影响功不可没。

类似这样,每次过程的形成机理和基本特征都不尽相同,影响途径复杂多变。比如,海温异常的强度、位置哪怕有一点点变化,传导到我国后,就会导致副热带高压位置、强度发生相应调整与配置。相对的,某个区域是旱是涝,结果可能有所不同,但可以肯定的是,有放大旱或涝的特征。

而除了ENSO本身,北极海冰、欧亚积雪等因子也在通过各自的复杂方式影响着我国气候,又是一重难度,气候预测有较大的不确定性,因此,需要滚动会商来不断跟进。

那这种复杂性该如何解?

可能,大家心中已经有了答案。是的,那就是不止步的理论创新。

(作者:卢健 责任编辑:闫泓)