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监控全球极端气候 南京科学团队研发“独门神器”

北极星环境监测网  来源:扬子晚报  作者:林雯 杨甜子  2019/12/27 16:41:55  我要投稿  

北极星环境监测网讯:在热门电视剧《庆余年》中,主人公范闲终于找到了母亲叶轻眉留下的一封信。信中说,并不存在穿越,也没有平行时空,人类已经进入了下一个冰川期。而在根据刘慈欣同名小说改编的电影《流浪地球》中,地球在2075年成了一个“雪球”,不再适合人类生存。

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在1986年9月(上)和2019年8月拍摄的奥克冰川对比照片。

美国加州再遭大火侵袭。11月26日,一架飞机在进行灭火作业。

7月,欧洲迎来高温天气。图为人们在德国乌瑟多姆岛避暑。

12月23日,在意大利威尼斯,一名装扮成圣诞老人的男子站在遭洪水侵袭的圣马可广场上。

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《庆余年》剧照。

罗京佳教授。

在现实中,在即将过去的2019年里,世界各地不断爆发极端天气事件,就在上周,南北半球两座城市的温差已超过90℃。冰川消融,洪水频发,山火不断,我们赖以生存的地球,正被大自然无情地出示黄牌。

地球会像霍金预测的那样,在10年后进入冰河时代,还是会在全球变暖的影响下,变成一个脾气难以捉摸的“古怪星球”?现有科学技术能不能监控极端气候?对于这些问题,国家特聘教授、南京信息工程大学气候与应用前沿研究院院长罗京佳教授日前告诉扬子晚报记者,其团队已研发出一种全球气候数值模式,可以对未来的气候进行精确预测。

“冰封世界”会出现吗?

“冰川期”有没有规律可循?

霍金曾预言地球将于2030年左右进入冰河时期。罗京佳对此表示,目前还看不到有明显的迹象。

罗京佳告诉记者,过去40万年以来地球经历的四个“冰川期”。“地球目前处在40万年以来的第五个‘间冰期’即温暖期。地球一个气温周期变化的时间为10万年左右,工业化以来全球变暖只有100多年,和这个10万年的“冰期—间冰期”周期相比实在是太短。”

10万年的周期是怎样形成的?罗京佳表示,“目前科学界对这个10万年的周期形成原因并不怎么清楚,但是过去40万年以来,全球平均气温与二氧化碳的变化是比较一致的。”

科幻中的“雪球地球”会出现吗?

罗京佳告诉记者,人类活动对气候的影响越来越大,如果不有效控制其负面影响,未来气温继续以高于自然调节能力的速度上升,那么在短时间内(相比千万年而言)“冰川期”重现的可能性会较低。

罗京佳介绍,根据世界各地的报道和已有的研究结果,陆地上的冰川过去几十年来一直在收缩,北极洋的海冰也在不断减少,南极的海冰面积前几十年有所增长,但最近几年急剧下降。这里面全球变暖的影响可能较大,但年代际变化的影响也不能排除。

极端气候的形成,例如夏季极端高温、强台风等很大程度上受到了全球变暖的影响。罗京佳补充,每一个极端事件的发生都是受当时的天气系统,年际或年代际信号以及全球温暖趋势的影响。

北极

据统计,今年7月,北极海冰覆盖面积比1981年到2010年的平均水平低19.8%,打破了2012年7月创下的纪录。当月,格陵兰岛冰盖融化高达1970亿吨,是常年的4倍多。

南极

同样根据今年7月的数据,南极海冰覆盖面积比1981年到2010年的平均水平低4.3%,创41年来的最低水平。

今年,我们为冰川举行葬礼……

2019年8月18日,人们聚集在冰岛第一座“死亡”冰川——奥克冰川原址,为它举办“葬礼”。纪念碑上,刻着一封给未来的信:“这是第一条痛失冰川地位的冰川。在接下来的200年里,我们所有的冰川都将遵循同样的灭亡路径……”根据卫星图像,奥克冰川在1986年以纯白色的大面积冰雪的形式出现,但在今年8月1日拍摄到的图像中显示,冰川只剩下少量的白色冰。

2019地球再亮黄牌

南北球温差超过90℃

12月19日,俄罗斯远东萨哈雅库特共和国首府雅库茨克遭遇严寒天气袭击,市内最低温度达到零下46摄氏度。

而在南半球的澳大利亚,南澳大利亚州首府阿德莱德市当天气温达到45.3摄氏度。

地球经历“最暖10年”

12月3日,世界气象组织发布的最新统计数据显示,从平均温度来看,2015年至2019年这5年以及2010年至2019年这10年“几乎确定分别为有记录以来最暖的5年和10年”。

“气候紧急事件”入选年度词汇

11月,《牛津词典》宣布“气候紧急事件(climateemergency)”为2019年年度词汇。此前,“气候紧急事件”的使用增加了100倍。

当月28日,欧洲议会以压倒性投票通过决议,宣布欧盟进入“气候紧急状态”。

45.3-46

●亚洲

今年夏天,南亚地区正值雨季,印度、尼泊尔和孟加拉国三国受灾严重,数千万人身处泽国。据印度内政部发布的数据,今年6月1日至9月24日,超过1600人死于强降雨引发的灾害。

●大洋洲

高温和大风今年在澳大利亚引发罕见规模野火,过火面积达到至少300万公顷,最大城市悉尼一度面临“灾难”级最高级别火警。

●欧洲

欧洲今年夏天遭遇酷暑,法国加拉尔盖莱蒙蒂厄市6月28日最高气温达到45.9摄氏度,创下新纪录,6月和7月袭击法国的两股热浪致使大约1500人死亡。全欧洲范围今年上半年发生超过1400起林火。

11月12日以来,意大利“水城”威尼斯遭遇半个多世纪以来最严重水灾,85%面积被洪水侵袭。

●北美洲

7月,美国阿拉斯加州最大城市安克雷奇气温达32摄氏度,创50年来最高纪录,覆盖阿拉斯加州85%土地的永久冻土开始融化。美国加州今年山火累计过火面积为1010平方公里。

●南美洲

巴西国家太空研究院数据显示,亚马逊雨林今年探测到的火灾有72000多起,比去年同期增长84%,几乎是2018年全年火灾数的两倍。多名环境专家说,森林“完全烧焦”了,包括美洲虎、美洲狮在内的超过230万只动物在林火中死亡。

●非洲

南部非洲发展共同体16个成员国正遭遇严重干旱。联合国3个机构10月31日发出警告,南部非洲大约4500万人口将在今后6个月面临严重粮食短缺,其中四分之一正在经历干旱导致的粮食供应“危机”。

生态警告

◎比猛犸象还古老的树木面临灭绝

生长在北美西南部沙漠地区的约书亚树,从250万年前的更新世就出现在地球上,历史比猛犸象悠久。但研究表明,如果不采取强有力的行动控制全球变暖,这种古老树种可能在本世纪末之前就会灭绝。

◎我们的后代可能再也见不到帝企鹅了

美国一项新研究发现,如果不及时采取行动遏制气候变暖的趋势,预计到2100年,现存企鹅家族中体形最大的成员——帝企鹅的数量将减少86%,届时帝企鹅的数量将不太可能回升,该物种将走向灭绝。

独门神器如何监控气候

模拟真实世界,能够提前两年预测厄尔尼诺

类似厄尔尼诺现象这样的极端气候应该如何预测?罗京佳带领的团队,针对长江中下游地区的气候状况,研发了一个高精度气候预测系统,耦合大气、海洋、陆面等不同模式,对未来两年内的气候情况进行有针对性的预测,“旅行老是碰上下雨”的尴尬情境也许可以不再重演。

记者了解到,通过这个数值预测系统,未来几个月、几个季度的气候状况都可以被获知。比如,去年冬天令人印象深刻的连绵阴雨,该团队研发的气候预测系统提早八个月就预测到了这一气候异常的出现。

罗京佳介绍,团队研发的全球气候数值模式是一种用计算模型来模拟真实世界的气候系统,把观测到的气候数据同化到模式里,通过该模式便可以对未来的气候进行精确预测。

“今年哪个月、哪个地方会下大暴雨,发生洪涝或者干旱的可能性,都能进行比较高精度的预测。”罗京佳告诉记者,“参考我们的预测,居民出行可以避免异常天气,防灾部门也能提前做好相关预防措施。”

记者了解到,通过这套系统,未来两年内的厄尔尼诺现象都可以被预测,且准确率高达75%。这与之前国际上提早六个月预测相比,迈出了一大步,处于领先地位。目前,国际上也只有罗京佳的模式每月提供两年的厄尔尼诺实时预测结果。

这个“暖冬”,南信大早就“算出来了”

罗京佳向记者提供了南信大实时预测系统(NUISTCFS1.0)对未来两年的厄尔尼诺状况的预测。实时预测系统每月更新,提供长达两年的全球气候异常预测信息。

模式预测结果显示,2019年夏季衰减下去的厄尔尼诺开始重新加强,观测上目前赤道中东太平洋区域的海表温度异常已经超过0.5摄氏度,达到厄尔尼诺事件的水平,与此同时,中太平洋型的厄尔尼诺仍在持续,NUISTCFS1.0的预测结果表明,这一中东太平洋的暖事件将在2019冬季持续并于2020年春季逐步衰减下去。

根据模式预测结果,2019年冬季我国东北和东部沿海地区气温偏高,可能为暖冬,而西北、华北、华中大部分地区气温偏低;2020年春季,长江以北气温偏高,长江以南气温偏低。降水方面,2019年冬季我国大部分地区降水偏多,南方可能再现前冬的连绵阴雨天气。2020年春季华南和西北降水偏多,其它地区降水偏少;预计明年夏季我国东部降水呈现两极性分布,长江以北偏旱,长江以南偏涝。从全球范围来看,2019年冬季,中国西北部、美国东南部、中亚以及北欧气温偏低,其他地区以暖异常为主。2019年冬季到2020年春季,澳大利亚西部和美国中东部有发生持续干旱的风险。

这套系统正在为北京冬奥会提供气象保障

罗京佳的研究院工作目标非常明确,一是研发具有自主知识产权的气候预测系统,预测时效从几周、几个月到几年,满足从市县到全球的精细化预测需求;二是基于这个预测系统,研发能为各行业带来效益的应用和服务系统,实现产业化运行。在罗京佳的努力下,气候预测系统1.0版也已成功在南信大超算机上建立并稳定运行,从2019年1月起开始提供长达两年的ENSO和印度洋偶极子(IOD)气候预测信息,可提供全球月-季平均气温和降水异常等预测信息。

“科学研究最终一定要落地,一定要造福社会,这样才能更好地推动科学本身的发展。”罗京佳的研究结果曾应用于日本的船运公司、南非的农业水文部门以及澳大利亚的渔业养殖、台风预测、大堡礁保护等,对经济社会产生了直接价值。

利用这套模式,罗京佳在全球首次提前一年成功实时预报出2006年印度洋偶极子事件,并连续成功预报了此后三年的印度洋偶极子事件,在国际社会引起轰动。

在国内,罗京佳的逐月实时预测系统提前9个月以上稳定地预测了2011年春季发生在我国东南地区的极端干旱事件,提前8-9个月以上稳定地预测了2018年冬天我国东南地区发生的连阴雨事件。此时此刻,不停在“RUN”的NUIST-CFS1.0系统正在为北京冬奥会提供气象保障。

高温频发是怎么回事

气温上升,“百年一遇”将越来越多

未来,气候的变化将会呈现怎样的态势?罗京佳做了一个预估:目前国际上利用几十个动力模式,根据给定的不同人类活动情景,如二氧化碳和气溶胶排放等,对将来几十年至百年的气候进行预估。

二氧化碳是大气中主要的长效温室气体,可在大气中滞留数百年。从原理上来讲,将来的气候变化是由外部辐射强迫(二氧化碳和气溶胶排放等引起的长波和短波辐射)的变化决定的。在给定二氧化碳排放增加和气溶胶排放下降的各种情景下,未来的全球气温,根据已有动力模式试验结果,将会上升,上升的幅度取决于给定的人类活动情景。

11月25日,联合国《温室气体公报》显示,2018年,地球大气中温室气体的浓度又创历史新高。对此,世界气象组织秘书长塔拉斯说,如果各国现在不采取紧急行动,到本世纪末,温度升高将超过3摄氏度,“过去‘百年一遇’的热浪和洪水正变得越来越频繁。”

城市气温为何会高于乡镇气温?

罗京佳介绍,高温频发,或源于多年罕见的大气环流异常。大量研究表明,人类活动排放的二氧化碳、甲烷等温室气体导致了全球温度的上升以及高温事件的频发。

罗京佳说,从天气尺度来说,大气环流会直接引发高温天气。比如,中国南方地区夏季的高温天气主要受副热带高压的影响,而中国北方夏季的高温天气主要受大陆暖高压控制,在辐射增温和下沉增温的综合作用下就会导致高温天气的出现。今年7月21-27日西太平洋副热带高压维持,对流层上层200百帕有大范围持续稳定的高压,促进了我国东部大部分地区持续高温的发生。

“有研究表明,厄尔尼诺和正的印度洋偶极子事件会导致中国地区高温天气偏多。今年夏天厄尔尼诺和正的印度洋偶极子事件同时发生,热带印度洋和太平洋海温异常使得大气环流出现异常,有利于高温天气的发生。此外,全球变暖以及城镇化引发的城市热岛效应导致城市地区的气温要高于周边乡镇的气温,从一定程度上加剧了城市地区的高温天气。”

更多影响

持续高温,将扰乱人体调节机制

过热也会导致抑郁症

持续高温会影响人们的健康生活。大量的科学证据显示,过热会对人类的健康产生有害影响,导致从抑郁症到心脏病等各种疾病的发生。在炎热的天气里,出汗是最有效的降温机制。但如果汗腺被“堵”,汗液不能有效排出的话,人体的温度调节机制就会失效。“高温天气影响人体健康,尤其是老人、孩童和体质较弱人群。长时间暴露在高温下会直接引发晕厥、中暑等疾病;并且会间接地引发心脑血管病、心脏病、呼吸道及肠胃等方面的疾病。此外,高温还使人容易感到疲劳、烦躁。”

罗京佳建议,公众应尽量避免在高温时段进行户外活动,尤其是老人、小孩、孕妇等特殊人群;如果要外出,需做好防晒防暑工作,随身带好遮阳伞、帽,多喝水,必要时准备一些常用的防暑降温药品;在室内,可以采取一些降温措施,如通风、开电扇、开空调等;对于户外工作人员,如环卫工人、司机和交警等,出汗过程中会流失盐分,应注意及时补充淡盐水。

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