中国将面临更加频繁的洪涝高温灾害
一
文章简介
长期以来，决策者和利益相关方一直被告知，气候变化已经并将持续改变极端事件的发生状态（如频率、幅度、持续时间和/或季节性），但很少有人告诉他们，不断变化的气候也在引入新的极端事件类型。从洪水到极端高温天气的突然切换就是一个典例，在此期间，洪水造成的停电使温度敏感人群无法在使用制冷设备。如2018年的日本，暴雨导致多地在创纪录的热浪中断电，造成1000多人死亡。
全球变暖使极端事件的发生更加频繁，当多个极端事件接连出现时，它们的共同作用将造成巨大的不成比例的损害。基于此，该文预测了中国出现史无前例的连续洪涝灾害与极端高温天气的风险。研究结果表明，尽管在2000多年的历史模拟中，出现了数十次五十年一遇的洪水和极端高温天气，但它们从未在一周内同时发生。预计这种极不寻常的极端事件组合在中国境内发生的概率从21世纪30年代开始上升，并加速到21世纪末，最终覆盖90%左右的地区，西南与东南地区将更早、更频繁的面临连续洪水与高温威胁。叠加上人为影响趋势，气候系统固有的随机变异模式（内部变异）将大幅加快连续极端事件的发生时间，加大发生频率与幅度。因此，应扩大气候风险评估，同时考虑内部变化和人为引起的气候变化，重视连续极端天气的“级联”危害。
2018年 日本洪水+极端高温天气，来自：朝日新闻/盖蒂
2020年7月 安徽洪水
2021年7月 郑州洪水
二
研究设计
（1）研究数据
该文使用从两个single-model initial-condition large ensembles（SMILEs）中提取的模拟日度温度和降水量数据。并基于这两个模型（CESM1与CanESM2）进行历史模拟——1950年至2005年，其中包括观测到的人为温室气体和气溶胶作用力；而对于2006年至2100年的预测，该文的分析主要基于RCP8.5情景，该情景假设人为温室气体排放率较高，因为在SMILE实验设计中普遍缺乏基于低排放情景的预测。CESM1提供了中等减排路径下的每日预测（即RCP4.5情景，至2080年），并用于比较分析。此外，该文还使用了包含1799年（CESM1）和1096年（CanESM2）的前工业时期控制运行来表示未受干扰的气候状态。
（2）研究方法
使用历史模拟来计算不同程度（以重现期表示）洪水和极端高温天气的阈值。由于缺乏对洪水的模拟径流和其他直接观测数据，采用降水加权平均（WAP）指数作为洪涝灾害的替代指标。该指数既考虑了当日强降水的即时贡献，也考虑了早期降水对当日逐渐衰减的贡献。
大尺度历史模拟集成（CESM1为2240模拟年，CanESM2为2800模拟年）的使用可以对不同重现期的WAP和极端温度的重现水平进行直接经验估算，包括对100-200年一遇事件的决策。与传统的统计拟合相比，这种经验方法减少了对数据分布的不正确先验假设和超出观测值的外推产生的不确定性。两个极端之间的7天间隔代表了高强度洪水导致停电的恢复时间，当多个洪水与同一个热事件发生碰撞，或洪水后出现多个热极端时，只计算一次事件。将成对重现期阈值应用于所有网格，以识别和统计史无前例的连续极端事件。
三
研究结果
图 1. 基于CESM1-CAM5（a）和CanESM2（b）历史模型的网格分数
图1显示了在历史模拟中，由不同重现期的洪水和极端高温天气组成的连续极端事件网格分数。两个模型均表明，即使是温和的事件，例如10-20年一遇的洪水和高温天气，也可以在70%以上的网格中形成前所未有的连续极端事件。虽然在每个网格中，五十年一遇的洪水和极端高温天气在数千年内发生几十次，但（两个模型中超过99.9%的网格区域）从未在7天内连续发生。由于到这两种灾害都曾使当地社区承受巨大压力，它们在同一地点短期内的连锁反应将压垮地方政府甚至省级政府的应对能力。因此，绘制未来灾难性破坏更早、更频繁发生的热点地图至关重要。
图 2. 史无前例的连续极端事件发生地点(a)和最早发生时间(b)和(c)其中，(a)中虚线表示每年的原始预测，实线表示10年的平滑移动平均值。(b)和(c)中灰色阴影意味直到2100年，在整个集合中没有发生连续极端事件。
如图2所示，在2010年之前，中国只有不到1%的土地可能会受到连续极端事件的影响。在接下来的二十年中，两种模型均显示发生连续极端事件的地区逐渐增加，但发生几率在2030年前保持在10%以下。到2100年，可能受到威胁的地区急剧扩张，90%以上的地区处于危险之中。这样一种单调递增的地区扩张模式表明稳定的外部作用力（主要是温室气体排放）在推动未来连续极端事件的发生上，起着决定性的作用。相较到适度的减排方案（RCP4.5，图2a，绿色），风险地区的增加幅度要小得多。关于最早出现的时间，两个模型均显示，在2030年之前，中国西南部和东南沿海部分地区可能会出现前所未有的连续极端事件。相比之下，中国西北部和华北地区直到2070s才会出现此类事件。
图 3. 短期(2021~2040年)和长期(2081~2100年)内连续极端事件的发生频率其中，(a)、(b)、(d)、(e)中的彩色部分显示了该集合20年内出现连续极端事件的总数量(CESM1-CAM5为800模型年，CanESM2为1000模型年)；灰色阴影部分表示在此期间该集合中没有出现连续极端事件。地图上的黑色曲线表示热点区域(中国西南部和东南部)的北部边界。(c)和(f)显示每个集合(y轴)热点内20年总发生次数，灰色阴影表示该值小于0.01。
如图3所示，在未来的20年中，绝大多数热点地区将出现比过去20年更多的史无前例的连续极端事件。这类事件在数量上的强劲增长并非由一个或少数区域决定，它是一个方向性变化，发生在近乎所有区域中。持续的气候变暖使得本世纪发生连续极端事件（红色阴影）的空间范围和强度大幅增加，远远超过了自然随机波动可解释的范围，这表明其本质是对人为引发气候变化的系统反应。