7月26日，中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室副研究員張文霞、研究員周天軍等與英國氣象局學者合作，以“人類活動導致過去百年來全球降水變率增強”為題在Science發表文章，指出過去百年來，全球陸地降水變率已經在顯著增強，并可歸因于人為溫室氣體排放的作用。

隨著氣候增暖，極端強降水頻繁襲擊全球各地。“幾天下完一年的雨”正變得越來越常見。與此同時，全球許多地區的干旱顯著增加，嚴重影響到水資源和能源供應，觸發野火等災害。“上個月抗旱、這個月抗洪”的旱澇急轉現象近年來頻發。人們不禁感嘆，地球已經被置于“水深火熱”之中。

張文霞告訴記者，全球氣候變暖正在令全球水循環增強，表現為全球平均降水增加，大部分地區極端降水增強。綜合理論研究、數值模擬、觀測診斷和檢測歸因研究等多個方面的證據，科學界對平均降水和極端降水變化的物理機制認識越來越清晰。2013年和2021年發布的政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次和第六次評估報告分別指出：“人類活動導致了陸地降水型的大尺度變化”（IPCC AR5, 2013），“人類活動正在使得包括熱浪、強降水和干旱在內的極端氣候事件變得更頻繁和更嚴重”（IPCC AR6, 2021）。

但與此同時，降水不斷呈現出更加復雜多變、難以捉摸的脾性——這就是降水變率在變化。張文霞介紹說，降水變率是指降水隨時間的波動幅度，常以標準差衡量。降水變率越強，則降水在時間上的分配越不均勻，水資源供給越不穩定，同時“濕期更濕、干期更干”，干濕振蕩更加劇烈。降水變率的強弱變化直接影響到社會和生態系統的氣候恢復力（climate resilience）。盡管氣候預估研究指出理論上全球降水變率將隨著未來增溫而增強，但是，在實際觀測中人類活動是否已經改變了降水變率尚無證據。

該研究利用國際上所有可公開獲取的逐日降水觀測資料，通過嚴格篩選和系統分析，揭示了1900年以來，在觀測資料充足的地區，全球約75%的陸地上降水變率已增強，其中尤以歐洲、澳大利亞和北美東部最為顯著。降水變率的增強涵蓋了多個時間尺度，包括天氣尺度、月尺度和季節內尺度。就全球平均而言，逐日降水變率正在以1.2%/10年的速率增強。

為理解上述現象背后的物理原因，研究團隊基于一個兩層約化水汽收支動力診斷模型和最優指紋檢測歸因法，研究發現降水變率的增強可歸因于人為溫室氣體排放，由熱力作用主導。溫室氣體增溫引起大氣水汽含量增加，有利于降水異常幅度增大、變率增強。同時，大氣環流的變化也在年代際尺度上影響降水變率，這種動力作用存在明顯的區域特征。

“此前我們僅在氣候預估研究中發現降水變率未來將隨增溫而增強，這里我們基于歷史觀測資料，發現隨著人為氣候增暖的累積，降水變率在過去百年來已經增強。綜合觀測分析、物理過程診斷和檢測歸因，這項研究為認識全球變暖對降水的影響提供了新認識，為深化多尺度水循環變化機制研究提供了新證據，” 張文霞說。

“氣候變化研究傳統上主要關注平均態和極端事件的變化，關注全球變暖對氣候變率的影響是一個新視角。伴隨降水多變性的增強，類似今年河南的‘6月抗旱7月抗洪’這種旱澇急轉現象在全球許多地區將更頻繁、更劇烈。極端氣候事件之間的劇烈和快速轉換印證了極端事件的復合性這一新特征。降水變率增強將對農業生產、水資源管理、生態系統保護和社會經濟產生深遠影響，也對防災減災和應對氣候變化提出了新的挑戰。” 該文通訊作者、中國科學院大氣物理研究所研究員周天軍強調。由降水變率增強帶來的一系列影響已經凸現，社會各界對此需要高度重視，并采取切實有效的措施來減緩其不利影響。

據悉，此項研究受到國家自然科學基金項目（41988101）、國家重點研發計劃（2023YFF0805202、2020YFA0608904）、國家自然科學基金項目（42275038）、中國氣象局氣候變化專項（QBZ202306）和中英“氣候科學支持服務伙伴關系中國項目”（CSSP-China）共同資助。