极端气象事件的科学解读

（文 / 袁越）

( 印度今年有2万多村庄因干旱严重，导致农民颗粒无收。图为Vidarbha地区取井水的妇女 )

北方严冬、西南大旱、重庆大风、广州大雨⋯⋯2010年的头5个月，中国的天气似乎乱了套，极端气象事件层出不穷。民间对这些极端事件产生了无数解读。

但是，对气象学家来说，这些极端气象事件的原因并没有那么离奇。“气候系统的变化幅度本来就是很大的，个别地区和年份出现个别极端事件很正常。”英国文化协会气候变化专员大卫·温纳（David Viner）博士对本刊记者说，“比如，2009〜2010年冬天北欧确实很冷，但从历史角度看并不是特别的冷。英国上一个非常冷的冬天发生在1987年，之后英国经历了大约20个相对暖和的冬季，英国人被宠坏了，所以才会对今年的冷冬反应很强烈。”

温纳博士本人是一位资深气候研究者，曾在英国东安吉利亚大学的气候研究中心做过10多年的研究工作，也曾经为联合国政府间气候变化委员会（IPCC）工作过。趁温纳博士访问中国的机会，本刊记者专程采访了他。“我们英国人大概是世界上最关心天气的民族了，因为英国的地理位置独特，天气变化快，很难预测。”温纳博士说，“但我在2001年接受英国《独立报》采访时曾经说过，英国的冬天将会越来越缓和，下雪天会越来越少，不过这并不妨碍偶尔会来一场暴风雪。如果那一天真的来了，英国人会准备不足。今年的情况果然应验了我的预测。”

按照温纳博士的说法，欧洲在过去的20年里确实出现过不少极端气象事件，但总体上以高温破纪录的情况居多，极端低温事件无论从发生频率还是降温幅度来看都比不上高温事件。从全球角度看，即使今年的冷冬也只是发生在一部分地方，比如加拿大冬奥会居然担心没雪，而南半球的气温更是屡创新高。事实上，美国国立气候数据中心（NCDC）和美国航空航天局戈达德空间研究中心刚刚于5月17日联合公布了一份研究报告，称2010年前4个月是有记录以来地球最热的前4月。英国著名的哈德利气候研究中心在2009年底曾经预测说，2010年北半球将度过一个非常炎热的夏天。

那么，中国的情况是怎样的呢？最近发生在中国的极端气象事件到底是何原因？今年夏天的天气将会怎样？全球变暖是否会增加极端气象事件在中国的发生频率？针对上述问题，本刊记者采访了中国气象局国家气候中心气候应用与服务室主任张培群博士。这个室的主要任务是监测中国的灾害性气候异常，并对其影响做出科学评估。

( 3月3日，强风暴袭击加勒比海海域 ，导致古巴哈瓦那地区的大坝决堤，大部分地区被淹 )

三联生活周刊：最近媒体上关于极端气象事件的报道非常多，动不动就破历史纪录，给人的印象是中国正进入一个气象灾难高发期。请问事实真是这个样子的吗？还是媒体炒作的结果？

张培群：媒体上的大部分说法从科学角度看虽然都没错，但这不排除有些媒体或个人为了吸引公众眼球，采取了特殊的视角，公众一定要学会如何正确地看待这些纪录。

( 3月，云南省南华县严重的旱情 )

气象问题最大的特点是具有季节性，任何纪录都要和“同期”相比，但这个“同期”可以是某个月，也可以是某一季。比如说，某地4月份气温打破历史同期纪录，听起来很可怕，但5月份温度很可能又降回去了，从整个春季的角度看，那个纪录可能就没那么可怕了。当然，如果某地一个季度或更长的时间段内的气温都比历史同期要高，那是很严重的，就得引起重视了。

从整体看，中国的极端气象事件在最近几年确实有增加的趋势，尤其是高温纪录屡屡被打破。事实上，中国自上世纪80年代以来平均气温一直偏高，高温事件发生的频率、强度和影响范围都有增加的趋势。所谓“全球变暖”在中国主要以冬季变暖为主，但每隔3〜4年总要冷一次，今年就是这种情况。不过，冷事件的频率比热事件少多了，只是变冷的强度不见得小，比如今年中国北方的降温幅度就很大，可以算是一个极端气象事件。

( 4月2日，沙暴向印度西部城市比卡内尔市袭来 2009年11月，受厄尔尼诺影响，印尼首都雅加达被乌云笼罩 )

三联生活周刊：今年的冷冬到底是什么原因造成的？

张培群：今年冷冬的主要原因是“北极涛动”异常。地球气候千变万化，非常复杂。为了方便研究，气象学家们喜欢把地球气候这个大系统分成若干子系统，北极涛动（Arctic Oscillation）就是发生在北极地区的一个子系统，指北极地区的气压出现的一个准周期性振动。目前科学界对于北极涛动的成因还不是很清楚，无法对其未来较长时间（比如两周以上）的变化做出准确预测。“北极涛动指数”就是用来描述北极涛动强度的指标，网上可以查到。如果指数是正数，说明北极上空的气压场偏低，冷空气倾向于留在北极；如果是负数，则说明北极上空的气压场偏高，冷空气易于向南方扩散。从去年12月份开始北极涛动指数大部分时间都是很严重的负值，严重时比常年平均值低了3个标准差（Standard Deviation）。用通俗的话讲，就是说今年北极地区上空的气压场非常高，是有记录以来最高的。于是，原来盘踞在北极的冷空气被挤了出去，从欧亚、北美和中国东部这3个地方向南扩散，造成了北半球很多地方发生了冷冬。

( 2009年11月，受厄尔尼诺影响，印尼首都雅加达被乌云笼罩 )

三联生活周刊：前些天广州暴雨倾城，在一周内有3场暴雨突袭，雨量高达440毫米，相当于广州年降雨量的1/4，一举冲破了广州市百年纪录。请问这又是怎么回事？

张培群：广州这一阶段的暴雨是强烈的中尺度扰动造成的。气象学上把时空尺度分成三类，大尺度上千公里，中尺度百公里左右，小尺度50公里以下，甚至可到几百米以内，有相当大的一部分极端气象事件属于中小尺度。

广州这个季节历来多雨，大气中蕴含的不稳定能量很高，这个能量释放过程有可能是渐进的，以一种阶段性的大尺度降水的方式释放不稳定能量，也有可能是暴发式的，则表现为暴雨等强对流性天气。具体在何时、何地、采取哪种形式释放不稳定能量，则要依当时的天气系统的扰动情况来定，甚至具有一定的“随机性”。

今年情况就是暴发性的，频繁的冷空气活动和强大的副热带高压等天气形势使得广州上空形成了异常集中的不稳定能量聚集区，在强烈的中尺度扰动触发下，形成短时间内多次的极端的暴雨事件。这样的“小概率”事件之所以频繁发生，也反映了大尺度环流形势发生了变化，提高了中小尺度这些“小概率”事件的发生概率。从这个意义上说，广州暴雨不全是偶然的，其中也存在一定程度的必然性。

三联生活周刊：你刚才所说的大尺度环流形势变化是否与全球变暖有关？全球变暖是否会导致中国出现更多的暴雨？

张培群：大气温度越高，水分蒸发速度就越快，大气中水汽的含量也会越高，降水自然也就越多，这个因果关系是很好理解的。问题在于，增加的降水分布不均，这才是最致命的。根据IPCC于2007年发布的第4次评估报告，全球变暖产生的最显著影响就是使得地球上的水循环速度加快，蒸腾作用加强。但是空气中的水汽转变成降水则是有条件的，需要让含水的热空气变冷。因为全球变暖的关系，这个条件在很多地方会变得越来越不容易满足，于是空气中的水分就会变得比以前多，甚至达到过饱和状态还是不下雨。这样的空气一旦遇到好的降水条件，比如有利的地形地势，像高山，或者正好位于冷空气的迁移路径上，就很容易变成暴雨。如果用通俗的话来描述，就是一场暴雨连着长时间干旱。我觉得这和我们目前观测到的很多情况是相符合的。

三联生活周刊：那么，这次西南大旱是怎么回事？与全球变暖有关吗？

张培群：我们部门从去年开始就一直在监测西南干旱，我们认为这次大旱可以分成三个阶段。第一是干旱形成阶段，主要发生在去年11月之前。众所周知，西南地区干湿分明，雨季是每年的5〜10月，降水量可以占到全年的80%。去年的雨季不湿，几乎每旬的降水量都比常年平均值要低，而且大部分降水都发生在5〜6月，从7月开始降水明显减少，到了8月份降水更是少得可怜，几乎可以认为雨季已经结束，提前进入了旱季。

第二是干旱维持阶段，基本到今年的3〜4月，对应的是西南的旱季。今年的旱季降水量比往年略少，但也并不是特别少。比如往年云南4月份平均降水量大约是50毫米，今年4月份甚至达到了80多毫米，可以排在历史的前三位了。可惜前面亏空太多，多出的这点降水解决不了根本问题。另外，今年西南地区气温高，从去年9月开始直到今年4月气温一直维持在很高水平，创下了多项历史纪录。高温加快了地表水的蒸发，雪上加霜。

第三是缓解阶段，大致从3月下旬到5月份。3月下旬西南地区开始连续出现多次降水过程，4月份广西和贵州都下了很多雨，旱情警报基本上解除了。但是云南的雨季一直没有来，所以云南的旱情最严重，我们希望从5月下旬开始云南能够真正进入雨季。

西南大旱的原因应该说是比较复杂的，而且干旱的不同阶段有不同原因，除了前些日子很多专家所总结的成因外，这其中与青藏高原的关系也比较密切。众所周知， 从去年9月开始， 青藏高原上一直存在一个高气压团，这个高气压团的分布范围很大，强度很高，直到现在还是如此。这个高气压团将印度洋槽区挤到南边，而这个槽区正是西南地区非常重要的水汽输送通道，于是来自印度洋的水汽进不来，形不成降雨。同样，强大的高气压团还使得来自北方的冷空气无法顺利南下，一来形不成降水，二来使西南地区气温升高，加速旱情。

至于说这个高气压异常是否与全球变暖有直接的关系，目前还不好说。

三联生活周刊：目前我们正处于厄尔尼诺时期。1998年是历史上著名的厄尔尼诺年，结果那一年长江发洪水，极端气象事件频出。请问我们是否可以参照1998年发生的事情，对今年夏天的气候进行预测呢？

张培群：厄尔尼诺和拉尼娜在气象学上统称为ENSO，这确实是目前已知的各种气象系统当中研究得最深入、影响分析的最广泛、对其的预测能力也是最强的海洋大气系统。但是这一现象发生在热带地区，其影响也主要局限于赤道太平洋附近地区，纬度越高的地方受其影响越复杂，预测的结果就越不准确。中国大部分地区远离赤道，ENSO不会直接影响中国的天气，而是通过大气桥（大气环流）和海洋桥（洋流）间接地影响中国。这样一来问题就复杂了，必须考虑其他因素。

中国在上世纪90年代经历过数次较为严重的厄尔尼诺，其主要表现为两点，第一是长江流域汛期多雨，第二是大部分地区冬季较暖。但是，2000年后情况有所不同。首先，ENSO本身发生了变化。最近10年厄尔尼诺的发生次数虽多，但时间和强度都远不如90年代。比如，从去年夏天开始的厄尔尼诺远比1997年那次要弱，而且现在已经减弱得很厉害了，预计到今年夏天即将结束，转为正常。另外，最近这10年的厄尔尼诺都属于“中部型”，也就是升温主要集中在太平洋中部，东部没有显著升温，这和以前的厄尔尼诺很不一样。日本科学家甚至为这种厄尔尼诺起了个新名字，叫做“伪厄尔尼诺”。这样的厄尔尼诺，其影响范围和模式自然也就很不相同。

其次，就中国本身的气象环境特征看，对中国天气系统影响最大的一个因素应该是青藏高原。青藏高原平均海拔5000米，高原将太阳短波辐射反射为长波辐射，直接加热和影响其上空的对流层中层大气，不像平原地区，加热的空气需要向上走很长的路径才能到达这个高度。所以，青藏高原上空的大气层对流非常活跃，一旦发生热力异常，就会对东部平原产生很大影响。一般而言，如果青藏高原冬季积雪很多，那么融雪便需要很多热量，春天时的季节转换相对就会晚一些，容易引起季风偏弱，有利于让降雨带维持在长江中下游一带。事实上，1998年就是这种情况。1997年冬天青藏高原下了很多雪，当时这是我们预测1998年汛期长江流域降水增多的一个重要依据，结果证明我们是对的。

三联生活周刊：那么，极端事件的预报目前是怎样一个状况呢？

张培群：首先需要解释，气象预报从预报的时间尺度上可以分为天气预报和气候预测。天气预报通常指预报时间为未来1到3天的短期预报和未来1周或10天的中期预报。而气候预测则一般指未来2周以上时间尺度的预测，它包括月预测、季节预测、年际预测、年代际（10年左右）预测、世纪（百年）预测，以及更长时间尺度的气候预测。一般说，气象预报是临近预报比较准，比如短期的天气预报已经相当准确，对于极端事件的临近预报，其准确率也比较高，尽管其极端的幅度有时还有一些低估或高估。

但气候预测，特别是月、季度和年际尺度的短期气候预测很难做，因为在这个时间尺度范围内，气候系统的外源强迫条件一直在变，再加上气候系统本身的非线性特征，使得这个时间尺度呈现出典型的混沌现象，人们形象地称之为“蝴蝶效应”。也就是说，初始条件稍微变化一点，其结果就会产生极大的偏差。极端事件的发生发展也有类似的特征，当超过一定的时间范围后，它的变化是相当的敏感和不确定的，因此对于它的气候预测则更为困难，目前仅能对未来一段时间内极端事件发生的可能性给出一个趋势性的估计。

气候预测一直是各国气象专家关注的重点。国际上公认做得比较好的机构大都在欧洲和美国，日本和澳大利亚等发达国家也进展很快。但是如果你去看他们网站上的预测信息就会发现，东亚地区的信号往往是最弱的，这是因为东亚地区气候特殊，影响因子多，相互作用机制复杂，预测难度极大，更不要说对于极端事件的预测了。所以中国必须自力更生，提高我国的预报预测水平。

至于说这次西南大旱，事实上国家气候中心从去年9月份就开始监测到西南地区的气象干旱，那段时间我们几乎每周都要开会商会，每个月都进行评估，包括对未来一个月的干旱及其影响进行预评估。但前面说了，这次西南大旱成因复杂，我们监测的也主要是气象干旱，由气象干旱引起的农业干旱、水文干旱等尚不明显。直到今年初，干旱的累积效应才逐渐突显出来。今年2月4日中央电视台四套做了一个报道，引起了全国关注。根据干旱强度和范围的演变状况，中国气象局于2月25号发布干旱预警，正式宣布进入应急状态，那时干旱的影响已经非常严重。

三联生活周刊：虽然气象预报难做，但极端气象事件毕竟会给生产和生活带来很多困难，请问你们有没有对今年夏季进行预报的计划呢？

张培群：实际上，每年4月份我们都向国家相关决策部门提交针对当年夏季的气候趋势预测，我们称之为汛期气候预测。由于气候预测自身的特点，它本身也有很大的不确定性，这种预测仅供相关决策部门在决策时参考，同时也供相关专业、行业的专家在一些具体业务工作中参考，比如省一级的气象专业人员在制作省级气象预报时参考。■

厄尔尼诺的前世今生

厄尔尼诺（El Ni〜o）大概是全球知名度最高的气候现象，这个西班牙语单词是“小男孩”或“圣婴”的意思，因为这是秘鲁人首先发现并命名的。

大约在100多年前，秘鲁海员发现秘鲁沿海地区的海水每隔一段时间就会变暖，同时伴随着海洋鱼类的大量死亡。变暖最高点往往发生在圣诞节期间，所以秘鲁人给它起了“圣婴”这个名字。后来人们又发现，秘鲁沿海的海水也会周期性地变冷，于是人们给它起了个对应的名字，叫拉尼娜（La Ni〜a），意为“小女孩”。

这两个词指的是太平洋海水温度异常引发的一种极端天气现象。通常情况下太平洋西部赤道海域的水温比东部高，水汽从西部上升，再向东西方向扩散。于是来自东部的冷空气便沿着海平面刮过来填充空缺，这就是大名鼎鼎的“东南信风”的由来。但是，由于某种未知原因，赤道东太平洋海域的海水温度有时会比正常值高，如果高出0.5℃以上，并持续6个月以上，就是厄尔尼诺，反之就是拉尼娜。

太平洋东赤道海水温度的升高直接导致了太平洋海水温度梯度的变化，使得包括东南信风在内的一系列气候系统发生显著改变，其中最著名的例子就是对南方涛动的影响。南方涛动（Southern Oscillation）指太平洋中西部赤道地区的气压变化，也就是以澳大利亚北部城市达尔文为一端，太平洋中部岛国塔西提为另一端而发生的气压左右摇摆现象。以前人们一直不明白这种摇摆的发生机理，现在知道它和厄尔尼诺、拉尼娜有着非常密切的关系。于是气象学界把这两个系统合在一起统称为恩索（ENSO）。

ENSO是已知的气象系统当中研究得最透彻，影响力最容易预测的系统。简单说，每当厄尔尼诺出现时，秘鲁沿海、阿根廷北部沿海和美国中南部沿海地区必将出现大暴雨，东南亚地区则会发生严重干旱，中国东南沿海、加拿大西海岸和美国东北部则会出现高温天气。如果出现拉尼娜事件，情况正相反。

近年来最厉害的一次厄尔尼诺事件发生在1997〜1998年，那一年几乎整个东南亚和澳大利亚都在忙着扑山火，大火对该地区生态环境造成的影响直到现在都还没缓过来。

厄尔尼诺现象会把海洋中储存的热量大量地转移到大气中，提高地球大气平均温度。有记录以来，地球最热的年份正是发生在1998年，这一年在温度变化历史曲线上形成了一个明显的波峰。但是科学家知道，这只是厄尔尼诺的副产品，所以在计算地球大气温度变化趋势的时候都会把厄尔尼诺的影响剔除掉，否则，21世纪的头10年就是在降温了。

全球变暖的反对者很喜欢利用这一点误导公众。

通常情况下，厄尔尼诺每3〜7年出现一次，拉尼娜往往紧跟着出现，但并不一定总是这样。比如，根据美国大气和海洋管理局（NOAA）提供的统计数字显示，1976年以前拉尼娜出现的次数较多。如果按月份来计算，1950〜1975年一共出现了120个月，厄尔尼诺则只出现了62个月。1976年之后厄尔尼诺开始唱主角，1976〜2010年3月，拉尼娜一共只出现过75个月，而厄尔尼诺则出现过119个月，频率正好颠倒了过来。21世纪头10年主要以厄尔尼诺为主，但强度明显低于20世纪最后的10年。2009〜2010年厄尔尼诺再次来临，其强度是最近10年来最大的一次。这次厄尔尼诺事件究竟会给中国气候带来什么样的影响，让我们拭目以待吧。■ 厄尔尼诺科学天气预报拉尼娜事件气象学气象北极事件解读极端