刷新高温纪录、突破历史极值，人类会突破地球的“安全边界”吗？

科学

2023-06-26 00:06

6.26‍

知识分子

The Intellectual

图源：Pixabay

撰文｜满凯

责编｜冯灏

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刚刚过去的端午假期，全国都在一片炙烤之中，北方尤其酷热难耐。北京南郊观象台连续三天气温达到40℃，三天的最高气温均进入历史高温排行前十，综合影响为历年来最强。

北京之外，河北、河南、山东、内蒙古和天津等地都拉响了“红色”高温预警。据中央气象台统计，国家气象站中有14个最高气温突破历史极值，37个突破6月同期极值；37℃以上的高温影响面积约为16.55万平方公里，40℃以上的影响面积为7万平方公里。

京津冀21-24日区域高温天气过程综合强度级别均为特强（最高级别），中央气象台首席预报员张芳华解释说，自21日起，京津冀地区受暖气团控制，暖气团强度较强，且影响时间长；在高压脊形势控制下，天空晴朗少云，没有云层遮挡，辐射增温更加有利，促进了升温。

23个国家站日最高气温超历史极值，图源：中国气象局

多次突破历史极值、持续刷新高温纪录的中国城市是全球持续热浪的一部分。

美国国家气象局数据显示，位于加勒比海地区的波多黎各最近的气温高达52℃。再加上波多黎各湿润的气候，惊人的高温正在威胁当地居民的生命安全。在伊拉克的南部城市巴士拉，往年出现在7月的高温天气，6月上旬就袭击了城市，8日气温高达46℃。同一时间，孟加拉国由于连日的高温热浪，全国小学停课以保护学生的健康和安全。气象部门在孟加拉国测得41℃的高温，由于高温推高了全国的用电需求，近几周时常发生大规模停电，每日停电时间长达5小时[1]。

更加让人担忧的是，目前的高温天气或许只是前奏，受未来厄尔尼诺现象的影响，今年夏季的全球平均温度很有可能创下纪录。根据美国大气与海洋管理局的监测，厄尔尼诺正在发展，太平洋热带大气环流和海洋表面温度状况在过去一个多月的时间内已经出现了异常，厄尔尼诺在今年冬季达到“中等”的可能性有86%，达到“强”标准的可能性仍有56%[2]。

厄尔尼诺-拉尼娜现象指的是热带太平洋表面温度出现的周期性变化。在厄尔尼诺年，赤道中东太平洋表面温度异常升高，西太平洋则降低，而在拉尼娜年则出现相反的变化。海洋表面温度的变化会引起大气环流的调整，进而影响全球的天气和气候状态。

北冰洋将加速迎来夏季无冰

从长期来看，北半球气候变暖的趋势似乎无法逆转，并且在以惊人的方式加速发展。一项新发表在《自然-通讯》研究结果表明，北极海冰可能会在2030年之前就达到夏季无冰状态[3]，这一时间点比之前的预估大约提前了十年，全球变暖是否正在加速引发人们新的担忧。根据他们的预测，即使在全世界都努力减排的低排放情景下，北极可能在2030-2050年的9月达到“无冰”状态。而此前，IPCC第六次评估报告只预测在中等排放情景下，北极将在本世纪中叶左右才能达到“无冰”状态。

在宽广北冰洋的洋面上，由于较低的海面温度和较弱的太阳辐射（尤其是极夜），海表面自然结冰。有些海冰随着极夜和极昼的轮换，季节性的生长和消失，形成一年冰；有些海冰则因为过低的温度而常年不融化，形成多年冰。

北极的海冰范围和面积不仅对航海安全和周边生态系统有影响，而且在气候变化中起着关键作用。它可以影响中低纬度的大气环流，导致极端的天气和气候事件发生。海冰具有很高的反照率，相当于海洋的5-6倍[4]，它的面积决定了多少太阳光进入地球系统。通过冰雪-反照率的正反馈机制，海冰在气候变化中起到了“放大器”的作用。

美国纽约州立大学阿尔巴尼分校大气与环境科学系教授戴爱国告诉《知识分子》，“海水温度和气温的升高会直接导致海冰融化，而反过来，海冰融化又会进一步加剧温度升高，这样的反馈机制会放大极地暖化效应。尤其是北极，自1970年代以来海冰就在迅速消融，速度这么快一方面是由于气候变化，另一方面是海冰融化进一步加速升温带来的”[5]。

北极地区经历的气候变暖速度比地球上任何地区都要快。从1971年到2019年，北极大气温度上升了3.1℃，某些地区的增幅甚至高达10.6℃[6]。大气温度的快速上升造成北极海冰持续减少。尤其自2000年以来，这种减少趋势更为明显。长达四十年的观测数据显示，北极海冰的面积和厚度都在大幅减少。每十年平均有超过5万平方公里的海冰消失，而夏季的海冰减少速度更是惊人，平均每十年减少13%[7]。

失去了海冰的保护，处在气候变化前沿阵地的北极地区将面临更加严峻的“变暖”挑战。北极海冰是气候临界点（即跨过某一个阈值后海进入另一个新的不可逆的气候状态）之一，北极海冰的消失是气候崩溃的象征。此外，它还将带来全球范围的影响。北极海冰的缺失可能改变海洋环流和碳循环等重要过程，对人类社会和自然生态系统产生影响。

如果我们将视野放到整个地球系统，而不仅仅是气候。我们会发现人类活动已经对我们的生存环境的多个方面造成了重大的影响。一项发表在《自然》杂志的新的研究评估了我们已经触及和尚未触及的八个“行星边界”：气候、自然生态系统区域、生态系统功能的完整性、地表水、地下水、氮、磷和气溶胶污染[8]。研究结果表明，人类已经超过了其中的七个安全边界（气候、自然生态系统区域、生态系统功能的完整性、地表水、地下水、氮、磷污染）。

其中，作者认为当地表水流量的变化大于某一阈值或者水质没有达到标准时，生物多样性会严重受到影响。现实情况是全世界有超过三分之一的陆地面积和超过一半的人口都在“安全边界”以外。对于地下水，情况也不乐观。作者发现，全球47%流域的地下水水位正在下降，影响了依赖地下水的生态系统，在某些情况下，这还会导致地面沉降和含水层的流失。

与气候变化相关的冰川融化也正在加剧水资源紧张的问题。青藏高原是世界海拔最高的高原，被称为“世界屋脊”“第三极”，又被称为亚洲水塔。在全球变暖背景下，亚洲水塔区持续减少的冰川存量将严重威胁亚洲水塔冰川融水供给的可持续性，进而可能会引发一系列不可预测的社会、环境和生态危机。一项发表在《自然》上的研究成果表明，在不同气候情境下，青藏高原预计有高达84%~97%的区域在本世纪末受陆地水储量亏缺的影响，这将严重威胁到亚洲主要河流水源供给的可持续性，进而可能会加剧下游地区的水资源危机[9]。

八个行星安全边界，图源[8]

更多洪水，更多干旱

需要注意的是，除了全球平均温度的上升，厄尔尼诺现象还会对北半球不同地区造成不同的影响，尤其会改变局部的水循环。总的来说，在厄尔尼诺的加持下，未来一两年时间内，北半球将面临更多与水循环相关的干旱和洪涝灾害。

厄尔尼诺是地球气候系统本身就存在的内部变率，会造成气候显著波动。同时，与人类活动相关的全球变暖也在改变着世界各地原本的气候格局。气候系统自然变率叠加全球变暖将改变全球的水循环，造成干旱和洪水等水文灾害。世界气象组织秘书长佩特里•塔拉斯表示，“全世界过半的灾害与水有关”[10]。联合国在今年的3月召集各国领导人、部长、联合国系统高级代表，举行了2023年水事会议，专门讨论气候变化背景下全球性缺水和与水有关的自然灾害（干旱和洪水）等问题。

水资源的紧缺已成为人类在面对气候和环境危机时最为紧迫的信号。更严重的是，气候变化还会以洪水、干旱等更严峻的形势直接威胁人的生命安全。从1970年到2022年，近一半的自然灾害与天气、气候和水资源的状况密切相关，这些灾害所造成的死亡人数占自然灾害总死亡人数的45%[11]。

干旱是对可持续发展的最大威胁之一，与气候变化相关的干旱灾害的影响在过去的一段时间内是全球性的。2022年夏季，全球多个地区经历了严重的干旱。中国南方（广东省除外）降雨量比平均水平低20%至50%[12]，长江流域出现有记录以来最严重的夏季干旱，武汉长江水位达历年8月最低水平[13]。

2023年4月，水利部通报称2022年7月至10月黄河流域主要来水区较多年同期均值偏少28%。为了应对黄河可能发生的枯水现象，水利部下调了宁夏和内蒙古等地的用水配额，其中分配宁夏黄河干流引水量较去年同期偏少11.5%。

甘肃省气象局总工程师、中国气象局干旱气候变化与灾害重点实验室主任张强告诉《知识分子》，“未来黄河流量变化受到三方面影响，分别是上游流量、局地蒸散发及上游植被和地形。因此，黄河流量的影响因素十分复杂，对于每一个因素的预测又有很大不确定性。”其中，上游流量包括降水和冰雪融水，上游地形影响降水如何汇入到黄河里。局地蒸散发更加复杂，它受到土壤干燥程度、植被覆盖程度的影响。

欧洲遭遇了500年以来最严峻的干旱[14]，包括莱茵河、卢瓦尔河、塞纳河和多瑙河在内的河流水位极低，导致河流运输中断和法国核电站发电困难。德国中西部三个州经历有记录以来最干旱的夏季，法国、英国、比利时和摩洛哥遭受到严重干旱。西亚地区，特别是伊朗和伊拉克也受到干旱困扰，巴格达的降雨量比长期平均水平低78%[15]。

非洲之角地区，尤其是肯尼亚、索马里和埃塞俄比亚南部，干旱加剧。雨季降雨量明显低于平均水平，连续多个低雨季对农业和粮食安全造成严重影响。南美智利降雨量虽未明显低于平均水平，但部分地区仍较低。布宜诺斯艾利斯首次记录到全年无雨天气，阿根廷东北部和乌拉圭连续三年经历明显干旱。

北美西部大部分地区持续遭受严重干旱，美国西部和南部多个州面临干旱。据估计，2022年干旱造成的经济损失达220亿美元。德克萨斯州经历有记录以来第二干旱的1月至7月，加利福尼亚州经历有记录以来最干旱的1月至10月，降水量比平均水平低65%。科罗拉多河流域米德湖水位达历史最低，美国超过82%的地区在10月中旬经历异常干旱[16]。

联合国防治荒漠化公约的一份报告称，全球范围内，自2000年以来干旱的次数和持续时间增加了29%。在所有的自然灾害中，干旱造成的人员伤亡最大，据统计，1970至2019年期间有65万人死于干旱。在去年，有超过23亿人面临生活用水压力，近1.6亿儿童面临严重和长期干旱[17]。

更令人担心的是，随着气候继续变暖，预计到2050年，干旱可能会影响世界四分之三以上的人口，有大约50亿人所生活的地区每年至少有一个月面临缺水（这一数字目前是36亿），同时多达2亿人可能因为更加严峻的干旱和其他气候变化因素被迫迁移[18]。

洪水以另一种完全不同的面貌威胁人们的生产和生活。但是与干旱类似的是，不论发达国家还是发展中国家都正在遭受更加频繁和严重的洪水灾害。

澳大利亚东部发生了多次洪水，其中昆士兰州东南部、新南威尔士州北部和悉尼周边地区在2月底和3月初发生了最严重的水灾。南亚地区在2022年经历了猛烈的洪水，巴基斯坦的7月和8月的降雨量创同期纪录。印度东北部在6月发生了山洪，造成超过一百人死亡[19]。

巴西东部城市彼得罗波利斯在几周内遭遇了两次极端降雨和山洪，导致近百人死亡[20]。非洲的萨赫勒地区，特别是尼日利亚、尼日尔、乍得和南苏丹，在季风季节期间发生了严重的洪水，导致人员伤亡和人口流离失所。

一项发表在《自然-水》期刊的文章称，在过去的20年间，世界各地发生的干旱和洪水事件的频率同时在增加。作者使用重力卫星称量了地球上不同地区的“水”的质量，构建了过去20年地球上水循环的变化情况。他们在 2002 年至 2021 年间发现了 505 次干旱和 551 次洪水事件，结果发现气候变暖正在导致更频繁和猛烈的干旱和洪水事件[21]。

次季节-季节预报填补了天气预报和短期气候预测的缝隙，图源adearth

极端气候将成常态，而非意外

面对未来的气候变化下更加剧烈的与水有关的自然灾害，人们可以选择最好的策略是主动适应正在变化的气候，而不是在手忙脚乱中应对每一次灾害。除此之外，我们还需要进行全局和长期规划。

整体而言，目前应对气候变化的政策和行动主要集中在减缓，即通过减少温室气体排放、提高能源效率和推广可再生能源等措施来降低碳排放，以减缓温室气体增加带来的气候变化。然而，在适应气候变化方面，相关政策和行动更多处于起步或者应急阶段。

6月中旬，国家能源局在华东区域组织了首次跨区域应急演练，该机构表示，2023年夏季，电网保安全、保供应形势较为严峻。“一旦发生灾难性天气，可能造成产生严重影响的大面积停电事件”，演练模拟设置的场景包括台风和强降雨造成严重故障，以及新能源风机脱网、局部电网全停等情形。

针对电力系统可能面临的冲击，中国社会科学院可持续发展研究中心副主任陈迎说，各省都被去年川渝地区高温干旱导致电力短缺吓怕了，为了自己保能源安全，上了不少煤电，广东、四川、云南都有。这属于各省的适应行动，但对适应和减缓之间的协同性恐怕没有纳入决策框架。

“我们不能只在遇到灾情时采取被动措施，妄图通过短期增加化石能源发电来暂时渡过难关。这无异于饮鸩止渴。如果要上煤电，就要综合考虑，选择优质产能，上大压小做替代，还要做好电厂的灵活性改造；区域之间也应该加强合作，通过跨区输电来互补共济。如果都是自顾自，肯定出现很多煤电产能冗余，未来可能造成大量资产搁浅。此外，除了供应侧保安全，还应该从需求侧多努力”，陈迎说。

适应气候变化已不再是一种可选项，而是在气候变化下必须要达成的目标。世界经济论坛发布的《2023全球风险报告》将“适应气候变化的失败”列为未来10年第二大风险[22]。这意味着，如果我们不能采取合适措施来应对未来的天气、气候状况和正在变化的干旱、洪水等自然灾害，全球经济将因此受损严重。

去年6月，中国生态环境部、国家发展和改革委员会、科学技术部等17部门联合印发了《国家适应气候变化战略2035》，强调了开展气候风险评估、监测和预警的重要性，据其设想，到2035年，我们将建立一个无缝、全覆盖的气候风险管理数字平台，利用智能技术和数字化技术来评估特定的风险并进行天气和气候预报。

其中，早期预警是一个相对容易实现的气候变化适应手段。但是，不断变化的气候对灾害的预警也提出了新的要求。对于干旱的预警就是个很好的例子。除了发生频率增加以外，气候变化下的干旱本身也正在发生变化。近年来，全球范围内出现了一种迅速爆发的干旱现象，被称为“骤旱”。不同于发生缓慢的传统干旱，骤旱通常在数周内即发展至重度干旱。如2022年我国长江流域特大骤旱和2012年美国中西部平原特大骤旱。全球变暖背景下干旱的变化对干旱的监测预警提出了新的挑战。

目前以骤旱为重点的预测技术还处于起步阶段，关键的挑战在于如何改进次季节-季节预报系统，提高发生骤旱时的降水减少、高温和低湿度等多个指标的预报效果[23]。这要求科学家对造成骤旱的物理机制有更深入的理解。

对骤旱的预测还要求提高对于土壤条件的实时监测能力，这些信息很大程度上影响着预报效果。张强强调了“滚动预报预测”的必要性，他认为决策部门要根据不断变化的实际情况，实时调整决策以适应快速变化的天气和气候状况。除此之外，许多干旱监测和预测产品每月或最多每周更新一次。考虑到骤旱的发生时间只有几周，预警的频率还远远不够，公众需要的可能是每天更新的产品。

最重要的是，人们要意识到气候正在发生变化，极端气候事件频发正在成为新常态。如果我们继续以“意外”看待正在发生和尚未发生的“灾害”，这恰恰说明了我们对未来的灾害风险认识不足，准备也不够充分。

参考文献：

[1]中国气象，全球各地接连出现极端高温！近期北半球究竟有多热？https://mp.weixin.qq.com/s/nJBCiHoVn1GYs4_de-HwZA

[2]National Oceanic and Atmospheric Administration, June 2023 ENSO update: El Niño is here, https://www.climate.gov/news-features/blogs/june-2023-enso-update-el-ni%C3%B1o-here

[3]Kim, YH., Min, SK., Gillett, N.P. et al. Observationally-constrained projections of an ice-free Arctic even under a low emission scenario. Nat Commun 14, 3139 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38511-8

[4]中科院之声，北极海冰：气候变化的关键指标和“放大器”，https://zhuanlan.zhihu.com/p/86072140

[5]知识分子，北极的冰一直在融化，南极也是吗？https://mp.weixin.qq.com/s/CQVCH-PFcjMK8cVSH1a0JQ

[6]北极理事会，北极气候变化2021，https://www.amap.no/documents/download/6818/inline

[7]NASA，Arctic Sea Ice Minimum Extent，https://climate.nasa.gov/vital-signs/arctic-sea-ice/

[8]Rockström, J., Gupta, J., Qin, D. et al. Safe and just Earth system boundaries. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06083-8

[9]Zhang, Q., Shen, Z., Pokhrel, Y. et al. Oceanic climate changes threaten the sustainability of Asia’s water tower. Nature 615, 87–93 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05643-8

[10]联合国纪事，天气气候水,代代向未来，https://www.un.org/zh/204458

[11]联合国防治荒漠化公约，Drought in Numbers 2022，https://www.unccd.int/resources/publications/drought-numbers

[12]国家气候中心，2022中国气候公报，http://www.ncc-cma.net/channel/news/newsid/100060

[13]新华网，长江武汉段出现历史同期最低水位，http://www.news.cn/mrdx/2022-08/16/c_1310652972.htm

[14]新华网，欧盟报告说欧洲可能正经历500年来最严重干旱，http://www.news.cn/world/2022-08/24/c_1128940787.htm

[15]World Meteorological Association, State of the Global Climate 2022

[16]World Meteorological Association, State of the Global Climate 2022

[17]联合国防治荒漠化公约，Drought in Numbers 2022，https://www.unccd.int/resources/publications/drought-numbers

[18]联合国防治荒漠化公约，Drought in Numbers 2022，https://www.unccd.int/resources/publications/drought-numbers

[19]中国气象局，巴基斯坦遭遇30年来最大洪水构建气候适应型社会迫在眉睫，https://www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xqxxw/2011xqxyw/202208/t20220831_5062299.html

[20]新华网，巴西历史名城暴雨成灾,至少94人死亡，http://www.news.cn/world/2022-02/18/c_1211577015.htm

[21]Rodell, M., Li, B. Changing intensity of hydroclimatic extreme events revealed by GRACE and GRACE-FO. Nat Water 1, 241–248 (2023). https://doi.org/10.1038/s44221-023-00040-5

[22]世界经济论坛，《2023年全球风险报告》，https://cn.weforum.org/reports/global-risks-report-2023

[23]Pendergrass, A.G., Meehl, G.A., Pulwarty, R. et al. Flash droughts present a new challenge for subseasonal-to-seasonal prediction. Nat. Clim. Chang. 10, 191–199 (2020). https://doi.org/10.1038/s41558-020-0709-0

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来源: qq

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