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全球变暖背景下 降水发生了哪些变化?

来源:中国气象报   发布时间:2020年03月23日10:26
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  水是生命之源,而水资源的重要来源是降水。因而,气候在很大程度上决定了水资源的丰沛程度。

  “气候与水”和我们的生活息息相关,适宜的气候和适量的水资源是生产生活的必要条件。自工业革命以来,大量温室气体排放导致地球表面平均温度不断上升,给水资源和水环境带来了诸多影响,而且改变了降雨模式,干旱和洪水等极端事件的发生几率增大,影响水安全。

  早在上世纪30年代,中国地理学家胡焕庸提出“瑷珲—腾冲一线”,该线东南不到36%的土地供养了全国96%的人口。这条“胡焕庸线”与400毫米等量降水线几乎一致。可见,雨水的多少也决定了土地人口的承载量。

  在全球变暖的背景下,降水发生了哪些变化?

  降水变化:极端事件增加的推手

  肖潺 许红梅 刘绿柳

  降水结构的变化,使得小雨日数减少、暴雨日数呈现增加趋势,旱涝加剧;降水的变化,呈现出干的地方愈干、湿的地方愈湿。

  全球变暖是当前气候变化的主要特征。根据世界气象组织(WMO)发布的消息,2019年全球平均温度比1850年至1900年的平均值高出1.1℃,是有记录以来仅次于2016年第二热的一年。而近5年(2015年-2019年)和近10年(2010年-2019年)的平均气温都是有记录以来最高的。自20世纪80年代以来,每10年的气温都比上一个10年高,可谓节节攀升。中国气候同样呈现出与全球一致的升温趋势,自1951年以来,中国地表年平均气温每10年上升0.24℃。

  全球气候变暖最直接的影响是空中水汽含量的变化。气温的上升使得空气中能够容纳更多的水汽,温度每升高1摄氏度,空气中将能多容纳7%的水汽。

  对于降水而言,气候变暖会影响降水量。大量观测数据表明,中高纬度地区和热带地区一般呈现出降水增加的趋势,而副热带地区一般呈现出降水量下降的趋势,这样就出现了干的地方愈干、湿的地方愈湿的局面;另一方面,气候变暖还会导致降水结构出现变化。

  以中国为例,近50年来,中国年平均雨日总体呈下降趋势,主要是小雨日数减少比较明显(减少13%),而暴雨日数不但没有减少,反而呈现增加趋势(增加10%)。雨日特别是小雨日数减少,这意味着干旱风险增加,而暴雨日数增加意味着短时强降水事件频率增加,城市内涝等风险增加。

  每年夏季,许多城市因为强降水而出现“看海模式”,这就是全球变暖背景下,与降水相关的极端事件增加的表现。

  气候变暖还会影响水质。随着气温的升高,河流、湖泊和水库的水温也会升高,这会导致溶解氧的能力降低,对依赖氧气生活的鱼类、昆虫、甲壳类动物和其他水生动物产生不利影响。

  此外,降水增加还导致某些地区径流增加,特别是强降水增加会使得更多污染物,比如残留农药、化肥等被冲进溪流,溪流和河流会将污染物输送到下游或者湖泊、河口等地,从而使有害藻类和细菌生长繁殖,影响水质和水环境。

  气候变暖还有一个显著的影响就是带来全球海平面的上升,一是海洋变暖后自身扩张,另一方面是冰川融化导致海水增加。数据显示,近25年来,海平面上升速率达到3.15毫米/年。其中,2018年全球平均海平面比2017年上升了3.7毫米,是有观测记录以来的最高值。

  海平面上升会给沿海地区经济社会、基础设施和生态系统等方面带来巨大挑战;同时,海平面上升将海洋咸水推向淡水含水层,造成海岸侵蚀加剧、咸潮出现几率增加,影响沿海地区的水安全。

  海平面上升还会加重沿海地区台风、风暴潮灾害。2017年,强台风“天鸽”登陆珠海,登陆时又恰逢天文大潮。强风、暴雨叠加风暴潮,给珠海、香港、澳门等地区带来重大损失。

1951年至2019年全国平均降水量历年变化

1961年至2019年西南地区年平均降水量历年变化

我国年平均降水量200毫米、400毫米、800毫米等值线图

2012年7月16日,暴雨导致湖南省湘西州吉首市部分群众被困。图为政府组织救援行动。图/新华社

  降水总量增加 区域性差异明显

  我国年均降水总量增加,过程降水强度增加;青藏地区降水显著增多,西南地区降水总体弱减少。

  21世纪初以来,华北、华南和西北地区平均年降水量波动上升,而东北和华东地区降水量年际波动幅度增大。

  全球变暖正在悄悄地改变着人类赖以生存的地球气候环境,热浪、暴雨、干旱等极端“天气剧”在地球不同地区频频上演。

  受全球变暖影响,热带气旋风和降水的增加,加剧了极端海平面事件和沿海灾害。平均强度、风暴潮规模和热带气旋降水速率的增加会加重这些风险,尤其在温室气体排放继续保持高位的情景下。研究表明,印度洋和太平洋的海水变暖正在全面改变全球的降雨模式,导致一些地区一年中的雨水减少,并带来灾难性的后果。

  受全球变暖影响,自20世纪70年代以来,东亚夏季风强度持续减弱、季风雨带逐渐南移,从而导致中国北方干旱、南方洪涝。

  在气候变暖背景下,我国年均降水总量增加,降水结构发生了变化。近50年来,我国年平均雨日总体呈下降趋势,主要是小雨日数减少比较明显,而暴雨日数呈现增加趋势,这意味着干旱风险和短时强降水发生风险增加。数据显示,西北和长江流域极端强降水事件增加,长江中下游增加趋势更为显著。

  在气候变暖背景下,尽管我国年降水量变化基本没有线性趋势,但过程降水强度在增加,降水区域性差异较为明显。青藏地区降水呈显著增多趋势;而西南地区降水总体呈弱的减少趋势;而其余地区降水无明显线性变化趋势,但均存在年代际波动变化。

  21世纪初以来,华北、华南和西北地区平均年降水量波动上升,而东北和华东地区降水量年际波动幅度增大。

  我国是全球典型的季风性气候国家,气候年际变率大,气象灾害频发多发。在自然灾害中,气象灾害造成的损失高达70%之多。其中,雨涝和干旱造成的经济损失占到所有气象灾害总损失的六成以上,而雨涝或干旱的发生主要取决于降水异常偏多或偏少。从我国气象灾害造成的死亡人数来看,大约有一半以上都是暴雨洪涝造成的。

  随着气候变暖,我国强降水事件的发生频率和强度也出现了变化。黄淮南部、江淮、江汉、江南、华南及四川东部、陕西南部、云南西部等地年暴雨日数增加明显,暴雨洪涝灾害致灾危险性增加、风险加大。随着城市快速发展以及城区强降水事件增多,城市内涝灾害风险增加。

  北方地区也会受到城市内涝的影响,如2012年北京“7·21”特大暴雨全市日平均累计雨量190毫米,为1963年以来之最,其中房山区最大460毫米,共造成全市79人死亡,直接经济损失严重。

  2019年,我国平均气温较常年偏高0.79℃,为1951年以来第5暖年;四季气温均偏高,春秋明显偏暖。全国平均降水量645.5毫米,比常年偏多2.5%;冬春夏降水偏多,秋季偏少。(张明禄)

  西南地区冬春干旱频发 

  气候稳定性较差,气温偏高导致蒸发加强,加之水汽供应不足和秦岭的阻挡作用,诸多因素诱发了西南干旱。

  全球变暖改变了水汽循环特征,使区域降水量、降水频率和降水强度都发生了改变。降水是水循环过程中的基础环节,是影响地下水位、地表土壤湿度以及大气湿度的主要因素,降水特征发生变化会对区域植被生长状况以及气候背景产生重要影响。

  我国西南地区位于青藏高原东部,地形地貌复杂,既有四川盆地,又有云贵高原,海拔落差最大超过了3千米,夏半年盛行西南季风气候。但是由于受季风环流等影响,该地降水季节差异性较大,干湿季分明。

  原本,西南地区湿季为降水充足、降水时空分布不均匀。随着气候变暖的不断加剧,干季与湿季差异性更加明显,西南地区遭受极端降水和极端干旱事件的风险增大。

  近年来,大范围干旱事件日益增多,且由于旱季降水量稀少,极易出现冬春连旱。如2009年秋季到2010年春季发生的严重干旱,持续时间、发生区域以及降水减少程度,为近50年来罕见。

  国家气候中心资料表明,春季和冬季是西南地区干旱频发的季节。1962年至2017年,西南地区发生干旱的频次为:春季共发生干旱5326站次,冬季为5081站次,夏季只有3297站次。此外,冬季的干旱强度也是最强的,累计发生干旱的天数每站年平均为29.2天,春季为23.05天。此外,还有学者对1963年至2012年的西南地区降水情况进行总结,四川西部、东部和贵州长期变化的趋势并不明显,但是四川盆地和云南降水量有减少的趋势,显著变干。

  有研究指出,我国原来的北旱南涝分布“格局”正在转化,华北重大干旱可能在西南地区复现。那么,是什么原因导致西南地区降水发生变化呢?在全球变暖的大背景下,西南地区的降水特征也悄悄地发生了改变。特别是2000年以后,连续降水3天及以上的过程显著减少,而降水持续天数只有1天或者2天的过程增加,这说明降水变得越来越分散。就好比一串珍珠项链,原来是几颗珍珠集中地串在一起,现在变成了一颗一颗分散开了。原本持续性的降水过程变成了下两天停几天,导致干燥的天气得不到彻底缓解,再加上降水总量减少,导致了干旱事件频发。

  从气候角度来看,我国季风气候显著,主要特征为冬夏季盛行风向有明显的变化,随着季风的进退,降水有显著的季节变化。

  西南地区夏季受到东南与西南季风的同时影响大,冬季受到青藏高原分支的偏北风,加上地形复杂,使该地区气候稳定性较差,出现干旱的几率相对较大。西南地区处于亚热带季风气候区,干湿分明,雨季走得早,在雨季之后,气温仍然偏高,空气的饱和度下降,蒸发加强,温度持续升高,空气干燥,导致旱情加剧。此外,高温少雨是西南地区出现干旱的最直接原因。全球气候变暖、厄尔尼诺现象等破坏了大气结构,造成海洋上的季风无法登陆形成降水。大气环流异常,海陆相互作用导致降水量偏少,蒸发加剧,从而导致干旱的发生。

  从大气环流总的形势来看,入冬以后,南支槽偏弱,来自印度洋的西南暖湿气流较弱,引发水汽供应不足。加之近年来厄尔尼诺现象的出现,西南地区更加容易出现干旱的现象。冬季虽然冷空气频繁,但是由于秦岭的阻挡作用,依然无法对盆地造成一定的影响。

  由此可见,影响西南地区降水的因素很多,气候变化对其的影响也非常复杂,二者之间的关系也还有待进一步探索。(李慧)

降水量等值线呈年际偏移特征

  在地图上,将同一时间里降水量相同的各点连接起来的线,称为降水量等值线。由不同降水量等值线组成的降水图,是研究一个地区同一时段不同地方的降水分布规律和特点的重要工具。

  在我国年降水量气候图上,有三条鲜明的等降水量线,分别是800毫米、400毫米和200毫米等值线,这三条线将我国划分为多个区域,与气候类型密切相关。

  沿秦岭淮河向西折向青藏高原东南边缘一线为800毫米等降水量线,其以东以南的年降水量一般在800毫米以上,为湿润地区;以西以北的年降水量一般在800毫米以下,为半湿润地区。800毫米等降水量线也被认为是传统意义上的南方与北方的分界线,是北方旱地与南方水田的分界线,也是亚热带季风气候与温带季风气候、河流结冰与不结冰的分界线。

  沿大兴安岭张家口-兰州-拉萨-喜马拉雅山脉东端一线是400毫米等降水量线,其将我国大致分为东南与西北两大半壁,是半湿润区和半干旱区、森林植被与草原植被、东部季风区与西北干旱半干旱区、农耕文明与游牧文明的分界线。400毫米降水量等值线区域具有显著的年际变化特征,该区域也是气候生态的脆弱区。沿内蒙古自治区西部,经河西走廊西部以及藏北高原一线为200毫米等降水量线,其是我国干旱地区与半干旱地区的分界线,也是沙漠区与非沙漠区的分界线。

  头顶着各种分界线的光环,等降水量线对我国有着特别的地理意义。那么,在气候变化的大背景下,等降水量线是否一成不变呢?

  长序列的历史研究显示,我国历史上气候曾发生冷暖的周期性波动,导致400毫米等降水量线也随之波动,使适农区和非适农区的边界随之移动,处于农牧交错带的土地价值发生变化,从而引起游牧文明与农耕文明交替南推北进。

  而一项以我国1961年到2010年逐日降水数据为基础的研究显示,从移动趋势看,我国400毫米和800毫米等降水量线有向西和向南发生移动的趋势,其中400毫米等降水量线向西移动明显,800毫米等降水量线向南移动明显。从周期性看,400毫米等降水量线在经向和纬向上发生迁移的主周期分别为9年和12年,800毫米等降水量线在经向和纬向的变化均存在7年的主周期。

  研究表明,随着气候变化的加剧,我国极端降水事件频发,降水量的时空分布变化也发生了明显改变,其中400毫米和800毫米等降水量线表现出的年际偏移特征,诱发的一系列资源、环境、农业和社会经济效益问题愈发显著。(宛霞)

 

(来源:《中国气象报》2020年3月23日三版  责任编辑:苏杰西)

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