雨量計的氣候變化故事

葉謙，博士，曾任中國氣象科學研究院兼職研究員、中國氣象局華風影視集團高級顧問、世界氣象組織北京2008年奧運會預報演示項目社會經濟影響評價課題首席科學家。現任國際全球環境變化人文影響中國委員會（CNC-IHDP）副秘書長，國際全球環境變化人文影響計劃（IHDP）主任特別顧問，IHDP核心計劃綜合風險防范計劃執行主任。研究領域包括：衛星氣候學，氣候變化的社會經濟影響以及全球變化等。

2012年10月29日，一個面積足可以覆蓋整個美國東部的強颶風“桑迪”（圖1）襲擊了包括紐約、華盛頓、波士頓等在內的美國主要經濟和政治中心。美國擁有著全球最先進的天氣監測和預報體系，在“桑迪小姐”到來前，華盛頓、紐約等地區的政府和公眾都已提前收到預警并采取了相應的防范措施，但“桑迪”表現得并不像她的名字那么溫柔。她的“狂暴”令所有人措手不及。伴隨颶風“桑迪”的強降雨所引發的洪災，讓紐約曼哈頓地區成為了一座“水城”。僅短短的2天時間，“桑迪”就造成至少48人死亡，800萬戶停電，受影響的民眾達到6000萬人，經濟損失預估在200億美元左右，紐約股市也被迫連續停市2天。

常言道，水火無情。“桑迪”的巨大破壞力再一次引發了美國國內和國際科學界對氣候變化影響的爭論。國際科學界普遍認為，氣候變化所引發的海平面上升和異常溫暖的海洋表面溫度，有極大的可能帶來天氣異常。因為海洋變暖蒸發更多的水汽，不但加強了颶風活動，還增強了降雨，更多地引發洪水泛濫。但是，與全球變暖已經獲得全球科學界普遍共識所不同，全球氣候變化對全球降水會產生什么樣的影響，科學界還缺乏共識。究其原因，對降水缺乏長期全球范圍內細致的科學觀測是主要因素。

人類是什么時候開始測量降雨的，這對歷史學家和科學史專家都是一個極具挑戰性的疑團。在遠古時代，狩獵和耕種是人類最基本的生產生活活動，這些活動都離不開對降雨的期待和預測。在人類發展的歷史長河中，-長期干旱導致一個部落甚至一個文明消失的例子屢見不鮮。一些西方科學家對瑪雅印第安人和古希臘人留下的遺跡進行分析研究后，認為他們也許是最早進行降水定量測量的人類。但是，盡管亞里土多德在公元前340年就在他的著作中描述了云，霧、雨、雪等氣象現象，但卻沒有提及對降水的測量。西方另外一些研究表明，大約直到公元100年左右，為了計劃農業生產，巴勒斯坦各地開始測量降雨量，但他們使用的測量工具卻一直沒有被發現。

具有7000年歷史的中華文明，對包括降雨在內的各種天氣現象也早有記錄。比如，殷商時期的甲骨氣象檔案對于雨量的記載，已區分為大雨、小雨、多雨、無雨等數類。到明朝時，明成祖朱棣已經知道要求地方長官使用統一標準的雨量計每年向朝廷報告雨量，以此估量各地區的農產。清代的晴雨錄更是作為世界上最系統和完整的氣象觀測歷史記錄而被當今科學界所接受，是研究中國氣候變化的寶貴歷史文獻。

由于降雨具有非常強的局地性和日變化，歷史上對雨量（包括雪量）開展逐日逐時的定量化測量一直難以實現。現代西方科學觀測體系建立后，包括富蘭克林在內的許多西方著名科學家開始對降雨的自動化定量測量進行深入研究。在不同國家的歷史上因此也出現了形式各異、原理不同的形形色色的雨量計（圖2）。科學家發現，雨量計的準確性與它的材料、開口尺寸、開口距地面高度、周圍環境（如樹木和建筑物）有密切關系。今天，大多數雨量計已經由不易損壞、耐用性更強的塑料制成。隨著電子傳感器件的快速發展，自動氣象站和遠程遙感，特別是衛星遙感，已經逐步取代傳統雨量計，為科學家提供更頻繁和更密集的觀測。

在過去的40年間，全球有大約20萬個標準雨量計安裝在世界各地。在那些人口密度較高的地區，分布得更為密集（圖3）。在偏遠地區和海上基本沒有降水量的地面觀測。對這些地方的降水量估計就必須通過衛星遙感。雨量計和衛星遙感所獲得的數據在經過各國氣象部門進行質量控制后，都被發送到設在德國的全球降水氣候中心存檔，供全球科學家和公眾使用。目前，聯合國氣候變化政府間工作組（IPCC）報告所使用的最好的全球降水估計，就是將地面雨量計的觀測和衛星遙感數據相結合所產生的。

雖然水是連接氣候和人類社會的最根本基礎，未來氣候變化也預計將會加大水資源危機，但是，目前在應對氣候變化的政策和具體行動中，許多政府更多強調的還是溫室氣體的減排，而針對水危機的適應計劃和行動，還相當缺乏。這需要社會公眾的共同努力，不但要積極推動政府有所作為，更要在自己的日常生活和工作中，多了解有關水危機的相關知識，并對相關風險“防患于未然”！