今年為何“高溫肆虐”？

鄔銳

氣候事件中的“黑天鵝”和“灰犀牛”

地球歷史上的氣候變化既有緩慢而持久的漸變，也有快速而短暫的突變。后一種氣候變化現象就是氣候事件，氣候事件表現為溫度和濕度快速而短促的突變交替變化，它標志著氣候演化史上的轉折點。氣候事件有時是全球性的，有時則是區域性或地方性的。

氣候事件的預測和暴發可以借用一下金融學上近來非常流行的概念——黑天鵝事件和灰犀牛事件。黑天鵝事件指的是難以預測，但突然發生時會引起連鎖反應、帶來巨大負面影響的小概率事件。而灰犀牛事件指的是明顯的、高概率的卻又屢屢被人忽視、最終有可能釀成大危機的事件。

氣候事件本身是非常復雜的過程，故而并不是簡單地講某個氣候事件劃分為黑天鵝事件和灰犀牛事件，而是在某個氣候事件里到底哪些屬于黑天鵝效應的子事件，哪些屬于灰犀牛效應的子事件，而且一個氣候事件從不同的時空尺度來看會出現不同的結論。比如恐龍滅絕的各種假說中充滿了對6 500萬年前地球氣候的猜測，地球氣溫的跌宕起伏從長期看就是灰犀牛事件，從短期看卻是黑天鵝事件?？此剖呛谔禊Z事件的小行星撞擊地球，其實長期來看也是灰犀牛事件，我們只要看看月球上無數的隕石坑就明白了。從這個角度來理解2022年全球的高溫肆虐，就會更加深入、全面地看待地球的氣候變化。

從歷史角度看地球氣候變化

對于地球來說，我們一直為“氣候之謎”的壯麗和詭異所困惑。在地球46億年的歷史中，它的變化可謂超乎想象，是一個由熱變冷再轉熱的星球。簡單回顧它的發展歷程是這樣的：它誕生之初，地表溫度高達1 200℃；在39億年前，地表積存大量的水，慢慢組成海洋，地表溫度降低，冷卻到了70℃；7.5億年前， 地球上劇烈的地質活動引發大量的火山噴發，火山噴發排出大量的二氧化碳；2.5億年前，整片大陸都在噴發熔巖，大量的熔巖噴發使得大氣中的二氧化硫濃度升高；4萬年前，進入冰河世紀，冰川迅速在整個北半球蔓延；2萬年前，冰河世紀進入尾聲；14 000年前，冰河世紀結束，北半球冰雪退去。此后地球開始慢慢恢復成現在的模樣，氣溫適宜人類生存和文明發展。

如果從行星的發展來看，太陽系中類地行星有著兩個因素是共同的——巖石和水，其演變也是巖石和水不同相態的變化。與其他類地行星相比，地球在這兩者的配比關系最為均衡，這分成兩個方面：一個是靜態，現在地球的海洋和陸地的分布范圍適合太陽熱量和水汽的循環；另一個是動態，地球歷史上火山的噴發造就了巖石圈和大氣層，使得地球可以靈活地調節太陽的能量。特別是這種互動的平衡，一次次地在地球的歷史里敘寫著“冰與火之歌”，在時間長河里孕育出生命，而且發展出了人類的文明。

“溫室效應”的功與過氣候變化最重要的表現就是氣候變暖，隨著全球極端天氣的日趨頻繁，全球氣候變暖的概念越來越深入人心。全球氣候變暖肇始于地球大氣層的一種重要機制——溫室效應。大氣能使太陽短波輻射到達地面，但地表受熱后向外放出的大量長波熱輻射線卻被大氣吸收，這樣就使地表與低層大氣溫度增高，因其作用類似栽培農作物的溫室，故名溫室效應。雖然溫室效應是對我們地球生命極其重要的機制，但是萬事皆有度，由于人們焚燒化石燃料，如石油、煤炭等，或砍伐森林并將其焚燒時會產生大量二氧化碳，即溫室氣體，溫室效應的加劇也造成了地球生態環境的破壞，愈演愈烈的話，很可能會出現某些災難性結果。

氣候變暖屬于全球地球氣候系統的范疇，后者是一個包括大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈在內的，能夠決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的統一的物理系統。由于它是一個對人類至關重要的復雜系統，全球氣候變暖會產生一系列的連鎖反應，導致全球降水量重新分配、冰川和凍土消融、海平面上升等，不僅危害自然生態系統的平衡，還影響人類健康甚至威脅人類的生存。

“臨界點”假說“氣候臨界點”最早是由聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）提出的，它的意思是從氣候系統的角度來說，全球或者某個區域的氣候從一個穩定的狀態轉變為另一種穩定狀態的關鍵指標。而這個轉變一旦發生，地球的氣候將會產生巨變，且這個改變是不可逆的。屆時，人類面臨的或將是一個更加不適宜居住的地球。從目前的情況來看，一旦突破臨界點，地球可能會成為“溫室”地球?？茖W家將全球大約15個主要區域的氣候系統設立為具有代表性的臨界點觀測目標，包括南北極冰蓋、太平洋洋流、珊瑚礁等，這些臨界點相互存在著關聯，可謂是“牽一發而動全身”。當南北極冰蓋開始融化，海平面將會上升，淹沒沿海低洼地區，海洋生態鏈也將產生劇變。而海洋溫度的變化也會給陸地帶來更多的極端天氣事件，從而導致土地大面積干旱，就連茂密的亞馬孫熱帶雨林也可能會變成草原。這些連鎖反應將會嚴重影響食物鏈，從而給人類帶來生存危機。

全球氣候變化導致生態系統發生轉折的臨界值是全球平均氣溫升幅1.5℃。2016年在紐約簽署的《巴黎協定》，長期目標是將全球平均氣溫控制在較工業化前水平上升2℃之內，并努力將溫度上升幅度限制在1.5℃以內。許多科學家認為，一旦放任全球升溫超過1.5℃，將會導致嚴重的甚至不可逆的氣候變化影響。

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會第六次評估報告，如果全球升溫1.5℃，接受研究的10.5萬個物種中，將有約6%的昆蟲、8%的植物和4%的脊椎動物失去適宜的生存環境；升溫2℃，則將擴大到18%的昆蟲、16%的植物和8%脊椎動物。由此帶來的氣候變化還將導致高緯度苔原和北方森林退化，二氧化碳濃度增加致使海洋酸化，從而威脅到從藻類到魚類的龐大生物種群。

“氣候臨界點”源于哲學上的概念“漸變”與“突變”，它們是事物發展的兩種形式。漸變分為量的漸變和質的漸變。前者是指量的增加或減少，也就是量變；后者是指新質的逐漸積累和舊質的逐漸衰減，也是質變的一種形式。突變則是質變的另一種形式，是漸進過程的中斷，是不經過任何過渡階段從一種質態到另一質態的飛躍。從地球的氣候歷史來看，重大氣候事件往往都是從漸變到突變的過程。

正反饋與負反饋反饋又稱回饋，是控制論的基本概念，指將系統的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統功能的過程。反饋可分為負反饋和正反饋。前者使輸出起到與輸入相反的作用，使系統輸出與系統目標的誤差減小，系統趨于穩定；后者使輸出起到與輸入相似的作用，使系統偏差不斷增大，使系統振蕩，可以放大控制作用。如果全球變暖不能得到有效控制，很多專家認為可能觸發碳循環的正反饋，即全球變暖導致地球歷史時期被固定的碳（植被、可燃冰等形式）以二氧化碳的形式排出，造成更嚴重的升溫。

混沌與復雜對于公眾來說，對“混沌”最直觀的解釋莫過于膾炙人口的“蝴蝶效應”，美國氣象學家愛德華?洛倫茲（Edward N.Lorenz）1963年在一篇論文中分析了這個效應。對于這個效應最常見的闡述是：“一只南美洲亞馬孫河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國得克薩斯州的一場龍卷風?！痹蚓褪呛葎映岚虻倪\動，導致其身邊的空氣系統發生變化，并產生微弱的氣流，而微弱的氣流的產生又會引起四周空氣或其他系統產生相應的變化，由此引起一個連鎖反應，最終導致其他系統的極大變化。之后，大量的科學家在許多其他的領域中發現了類似的現象，引發了科學界的廣泛興趣。“混沌”的興起，也就是復雜系統的規律一樣是物理學上第三次偉大的革命。在氣象學家洛倫茲發現“蝴蝶效應”之前，科學已經走向了日益專業化的危機，但“混沌”的出現扭轉了這個傾向，“混沌”大概是近半個世紀以來科學界最大的跨界明星，物理、化學、氣象學、生物學、醫學、經濟學、歷史學、哲學以至社會學、心理學都可以看到它活躍的身影。正如有位物理學家所說，相對論粉碎了牛頓學說絕對時空的錯覺，量子力學粉碎了牛頓學說測量過程可控的幻象，而混沌粉碎了拉普拉斯決定論預測的夢想。跟相對論和量子力學不同的是，混沌離人類的直覺更近，畢竟生活中的不確定性太多了。剛剛過去的上海夏天，副熱帶高壓的詭秘行蹤不啻一種混沌現象的呈現。

氣候變暖到底意味著什么

要深入了解氣候變暖，必須弄清楚背后的理論推測與科學事實。越來越多的觀測數據表明氣候變暖是高度可信的。2007年，聯合國政府間氣候變化專門委員會發布了第四次評估報告，總結了數以千計的科學研究和不計其數的觀測現象，得到世界上絕大多數政府的認可。報告指出，氣候系統變暖“是毋庸置疑的，從全球平均氣溫和海水溫度升高、大范圍冰雪融化、全球平均海平面上升等觀測資料中可以看出，這是顯而易見的事實”?？茖W基于觀測，因此對其結論可做出修訂。一方面，不斷出現的新證據會減弱現有理論的可信度。另一方面，正如美國國家科學院在2010年的《推進氣候變化科學》報告中所寫的：一些科學結論或理論經過嚴謹的思考論證和實驗檢驗，并由很多相互獨立的觀測結論支持，所以其錯誤的可能性微乎其微。這樣的科學理論便成為我們所說的“既定事實”。地球氣候系統由于人類活動而逐漸變暖便是典型案例。科學家們認為全球變暖是既定事實，是因為所有證據均指向這一結論。

過去的幾十年里，不僅海洋表面溫度升高，海水熱含量也逐年上升。由于海洋升溫、海水蒸發加快，空氣濕度不斷升高，暴雨、洪水等災害頻發，這與科學家們觀測到的情況相符。植物和動物的生活習性也因為全球變暖而改變。春天比往年都來得早，許多植物開花的時間也不斷提前。動物和植物一起開始向兩極或高緯度地區遷徙或轉移。隨著全球平均氣溫的不斷升高，科學家們預測長時間、高強度的熱浪將會頻繁出現在世界各地。這一推論也已得到證實。世界氣象組織（WMO）發布最新報告稱，2022年7月成為有氣象記錄以來最熱的三個7月之一。政府間氣候變化專門委員會的 《氣候變化2022：影響、適應和脆弱性》提出：最近50年來，全球變暖正以過去2 000年以來前所未有的速度發生，熱浪、高溫、干旱、颶風等極端天氣將更為平常。

另一方面，在科學家通過種種復雜的高科技手段還原的地球歷史里，我們其實是處于氣候史上的相對冷期，盡管其中也夾雜著冷暖交替的時期。氣候的冷暖只是相對的概念，對于過去8億年，目前的氣候可能處于相對的冷期，卻可能是近1 000多年來最暖的時期。但是如果聚焦于人類文明的幾千年里，種種證據都表明了人類才是過量溫室效應的罪魁禍首。另外還有一個不太為人所知的方面，氣候變化也不是一無是處，它一樣會帶來很多好處。全球變暖驅動的復雜的水循環變化，可能導致近十幾年來西北大部分地區氣候環境悄然發生重大變化。西北地區已經被科學觀察到降水與徑流增加，冰川消融加速，湖泊水位上升，大風雨、沙塵暴日數減少，植被有所改善等一系列自然現象。

什么原因造成今年全球酷熱盛行

今年全球已經累計有數十個國家的上百個地區出現了極端高溫現象。我們來看一下幾個關鍵事例。2020年6月20日，俄羅斯西伯利亞東北部北極小鎮維爾霍揚斯克的氣溫達38℃，打破了北極圈內有記錄以來的最高紀錄；2022年7月，位于北極圈內的挪威班納克地區測得了32℃的高溫。美國宇航局（NASA）的跟蹤顯示，與1981年至2010年期間的平均范圍相比，北極海冰的最小范圍正以每十年13%的速度減少。在南極，歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）等機構監測顯示，今年7月監測到的海冰面積為有衛星監測記錄44年以來最低值，比平均水平低7%。

根據中國國家氣候中心監測，今年6月，全球平均氣溫較常年偏高約0.4℃，為1979年以來最高，其中俄羅斯北部、歐洲西部等地偏高2℃以上。西班牙、法國和意大利等地的日最高氣溫超過40℃，法國、西班牙、美國和日本等國多個城市刷新高溫紀錄。日本東京連續五天氣溫超過35℃。美國中部和東部高溫警報影響人口約1.25億，超過美國人口的1/3。與歷史同期相比，本次高溫熱浪事件在歐洲、東亞、北美多地同一時段最高氣溫打破歷史極值，影響范圍廣，但影響程度不及2003年高溫事件。

大氣環流異常則是全球今年夏天多地高溫熱浪頻發的直接原因。今年6月以來，大氣系統表現出一致性的暖性高壓環流系統控制，形成大范圍的暖高壓系統。在北半球副熱帶地區上空，西太平洋副熱帶高壓、大西洋高壓和伊朗高壓均階段性增強，由此形成大范圍的暖高壓帶。在暖高壓帶的控制之下盛行下沉氣流、有利于地面增溫，加之在大范圍高壓帶的作用下，空氣較為干燥，不易形成云，也使得太陽輻射更容易到達地面，導致高溫頻發，且強度較強，進而造成北半球多地出現持續高溫熱浪事件。

第二個原因是跨越三年的拉尼娜氣候事件對大氣環流異常起到了推波助瀾的作用。目前正在持續的拉尼娜事件為今年夏天我國南方高溫的發生發展提供了重要的氣候背景條件。據統計分析發現，在多數拉尼娜事件第二年的夏季，副熱帶高壓更容易偏北?！袄崮痊F象”指的是赤道中東部太平洋的海水異常變冷。拉尼娜現象不僅促進了高溫的形成，而且抑制了臺風的發展，導致高溫難以緩解。今年2～3月期間，熱帶中東太平洋海表冷水持續加強，拉尼娜事件的強度加強，并持續到7月。不過拉尼娜現象屬于地球氣象變化中正常的環節，正因為有這樣冷熱交替的氣候成因，才得以讓季風、海嘯等其他自然力量發揮作用。

不過今年的拉尼娜現象還和往年不同，今年是“三重”拉尼娜現象?！叭亍崩崮痊F象字面意思就是連續三年全球氣候都受到拉尼娜效應的影響。從1950年以來，這樣的現象就只發生過兩次，最近一次就是1998年夏末到2001年初春的三重拉尼娜現象，因此也證明了出現這種現象是非常特殊且罕見的。在2021年的年初，我國就受到了拉尼娜現象的影響，導致了我國中部、東部等地區都受到了強烈的寒潮天氣，多地的最低氣溫記錄都被打破。在世界氣象組織八月的預測中，拉尼娜現象很有可能會持續到今年的年底，也就是說今年很可能會出現三重拉尼娜現象，這也將會是21世紀首次三重拉尼娜現象。不僅僅是世界氣象組織對今年即將到來的三重拉尼娜現象進行了預測，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）、日本氣象廳、中國國家氣候中心也均表示了該現象極有可能發生。三重拉尼娜現象是否和極端高溫會有什么樣的科學聯系，這還留待氣象學家未來的發現探索。

第三個原因是全球變暖造成的極端天氣，有極端高溫、極端低溫、極端干旱、極端降水等。極端天氣氣候事件是指一定地區在一定時間內出現的歷史上罕見的氣象事件，其發生概率通常小于5%或10%。隨著全球氣候變暖，極端天氣氣候事件的出現頻率發生變化，呈現出增多增強的趨勢。全球變暖是北半球高溫熱浪事件頻發的氣候大背景。事實上，近年來全球氣候系統的不穩定已經在加劇，極端天氣氣候事件頻發，廣發、強發、并發氣候異常狀況顯得更加持久和頻繁，更多區域在遭遇更多的復合極端事件。 持續高溫天氣，給人體健康、農業生產帶來諸多不利影響。

結語

氣候變化在全球范圍內引發了前所未有的極端天氣事件，預計未來極端高溫將出現得更頻繁、更強烈。聯合國政府間氣候變化專門委員會第六次評估報告稱，最近50年全球變暖正以過去2 000年以來前所未有的速度發生，氣候系統不穩定加劇。世界氣象組織認為，受氣候變化影響，預計未來極端高溫將出現得更頻繁、更強烈。如果溫室氣體排放繼續上升，全球變暖幅度將會更大，目前所經歷的只是“未來的預兆”。有科學家預測，氣候變化帶來的風險正在迅速增加，極端天氣事件“正變得越來越普遍，到21世紀末，它們將不再是極端事件”。

本文根據筆者在上海市科學技術普及志愿者協會主辦的“海上科普論壇”上的報告撰寫而成