全球氣候變暖加劇了極端降水強度，誘發(fā)洪澇災(zāi)害等，對自然和社會系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?？煽款A(yù)估未來極端降水變化對制定氣候適應(yīng)決策和防災(zāi)減災(zāi)至關(guān)重要，但局地尺度極端降水預(yù)估一直存在很大不確定性，這給科學(xué)決策帶來重大挑戰(zhàn)。華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院李超教授與國內(nèi)外學(xué)者合作，提出了一種基于觀測約束的預(yù)估方案，成功將全球大部分地區(qū)的局地極端降水預(yù)估不確定性降低了20%以上。這些更為可靠的預(yù)估結(jié)果可以惠及全球近90%的人口，為極端降水變化評估和適應(yīng)規(guī)劃提供更為精準(zhǔn)的科學(xué)支持。研究成果近期發(fā)表在國際權(quán)威期刊 Nature Communications 上。

Nature Communications 刊發(fā)華東師大李超教授團隊在局地極端降水約束預(yù)估方面的進展

局地尺度極端降水預(yù)估面臨的挑戰(zhàn)

　　氣候變暖會增強大氣的持水能力，導(dǎo)致極端降水事件發(fā)生時，產(chǎn)生更多的降水量。該熱力學(xué)機制表明，減小未來全球變暖預(yù)估的不確定性，能夠間接提高對極端降水變化預(yù)估的可靠性。IPCC第六次評估報告指出，歷史變暖反映了氣候系統(tǒng)對歷史輻射強迫變化的敏感性，因此，歷史變暖觀測資料可有效約束未來全球變暖預(yù)估。由于極端降水變化與氣候變暖的緊密聯(lián)系，研究團隊此前也成功將歷史變暖應(yīng)用于約束全球和區(qū)域尺度的極端降水預(yù)估（Li et al., 2024）。

Geophysical Research Letters 刊發(fā)華東師大李超教授團隊研究成果

　　局地尺度是極端降水影響發(fā)生的主要層面，也是適應(yīng)措施的決策和實施尺度。極端降水影響評估和適應(yīng)規(guī)劃需要在局地尺度上提升預(yù)估可靠性。然而，由于氣候系統(tǒng)自然變率和局地環(huán)流變化的不確定性隨尺度減小而急劇增加，直接使用歷史變暖約束局地極端降水變化的有效性受到限制。

不確定性溯源為局地極端降水約束預(yù)估提供了新視角

　　面對上述挑戰(zhàn)，研究團隊利用氣候模式多成員模擬結(jié)合“空間換成員”策略，降低了自然變率不確定性；同時，從極端降水變化的物理過程出發(fā)，將CMIP6氣候模式預(yù)估的局地/網(wǎng)格極端降水變化分解為水汽變化產(chǎn)生的熱力響應(yīng)和局地環(huán)流變化產(chǎn)生的動力響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，熱力響應(yīng)的模式間差異是造成熱帶外極端降水預(yù)估不確定性的重要來源，而動力響應(yīng)的模式間差異主導(dǎo)了熱帶極端降水預(yù)估的不確定性。多模式集合模擬的歷史變暖與熱力響應(yīng)之間在全球范圍內(nèi)保持緊密的正相關(guān)關(guān)系，這意味著歷史變暖可以在全球范圍內(nèi)有效約束熱力響應(yīng)的不確定性。盡管熱帶的不確定性由動力響應(yīng)主導(dǎo)，但不同模式預(yù)估的熱力和動力響應(yīng)在很多地方表現(xiàn)出正協(xié)同增益效應(yīng)，這意味著歷史變暖約束直接作用于極端降水預(yù)估可以更有效地降低這些區(qū)域的預(yù)估不確定性。這些發(fā)現(xiàn)為如何利用可靠的溫度觀測數(shù)據(jù)約束局地極端降水變化開拓了新視角。

歷史變暖也能夠有效約束局地極端降水預(yù)估

　　基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團隊提出了一種新的涌現(xiàn)約束方法（Emergent Constraint）。該方法充分發(fā)揮溫度約束的效率，當(dāng)熱力和動力響應(yīng)在多模式集合中呈現(xiàn)正協(xié)同增益時，采用歷史變暖直接約束極端降水變化；否則僅約束熱力響應(yīng)，并將其與動力響應(yīng)結(jié)合，重建約束后的極端降水變化。

　　高排放情景SSP5-8.5常用來評估地球系統(tǒng)未來可能面臨的最極端氣候風(fēng)險。針對該情景的世紀(jì)末預(yù)估結(jié)果表明，該方法有效降低了全球絕大多數(shù)地區(qū)局地極端降水預(yù)估的不確定性，全球中位數(shù)預(yù)估方差減小量為18%。在考慮自然變率不確定性降低后，預(yù)估方差減小量的全球中位數(shù)值可達42%（圖一a）。

　　溫度作為觀測覆蓋最廣、模擬最可靠的氣象變量，是當(dāng)前最可信的氣候模式約束因子。該方法依托這一可靠的約束因子，以基礎(chǔ)熱力學(xué)定律為支撐，在氣候適應(yīng)政策規(guī)劃和實施層面，為提高極端降水預(yù)估的可靠性提供了切實可行的穩(wěn)健解決方案。