平均降水和極端降水對全球氣候和生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。隨著全球變暖，它們正在發(fā)生顯著的變化。然而，基于氣候模式的預(yù)測結(jié)果存在很大的不確定性，這給未來的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理和政策制定帶來了挑戰(zhàn)。浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院戴攀曦副教授及其合作者們利用觀測記錄的全球增溫趨勢約束修正氣候變暖下的區(qū)域尺度平均降水和極端降水的氣候預(yù)估，研究結(jié)果揭示，這種方法顯著降低了未來區(qū)域降水預(yù)估的不確定性，為氣候變化的災(zāi)害成本評估與應(yīng)對政策制定提供了重要的科學(xué)依據(jù)和有價(jià)值的信息。相關(guān)成果以“Constraints on regional projections of mean and extreme precipitation under warming”為題，于2024年3月4日在線發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）。
全球變暖后水循環(huán)會發(fā)生怎樣的變化？這一直是氣候變化研究的核心問題之一。氣候模式預(yù)測增暖后全球大部分地區(qū)的水循環(huán)會加強(qiáng)，但其增加幅度存在較大的模式間差異。針對此問題，以往研究主要關(guān)注全球平均的降水變化，但全球平均量缺乏對不同區(qū)域的代表性和指導(dǎo)性，各地區(qū)降水變化才是政策制定者和所在地的社會公眾更關(guān)心的問題。該研究正是在區(qū)域尺度上約束修正平均和極端降水的氣候預(yù)估，為學(xué)界和公眾提供更可信賴的氣候變化信息。
該研究采用涌現(xiàn)約束的思路，即尋找氣候模式預(yù)測的降水變化和模擬的可觀測量的相關(guān)關(guān)系，利用此關(guān)系并結(jié)合歷史記錄的觀測值，約束修正未來降水的氣候預(yù)估。分析表明，降水變化與模式的氣候敏感性之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。前人研究所忽略的重要一點(diǎn)是，此相關(guān)關(guān)系在區(qū)域尺度上對大部分地區(qū)也成立。通過對平均降水和極端降水進(jìn)行動力學(xué)和熱力學(xué)分解，該研究進(jìn)一步闡明了區(qū)域尺度相關(guān)關(guān)系來自大氣增溫對水汽含量的緊密控制，從而為此統(tǒng)計(jì)關(guān)系提供了可解釋的底層物理基礎(chǔ)?；谝陨详P(guān)系，該研究通過觀測記錄的全球增溫趨勢對多模式的未來降水預(yù)估進(jìn)行了修正，縮小了各地區(qū)降水預(yù)估的不確定性（圖1）。
約束修正后的降水預(yù)估也可以服務(wù)改進(jìn)如干旱、植被、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等其它的氣候影響預(yù)估。研究結(jié)果解答了社會公眾對未來降水變化的問題，為氣候變化的災(zāi)害成本評估與應(yīng)對政策制定提供了重要信息。
圖1 經(jīng)過約束修正，高排放情景下本世紀(jì)末全球各區(qū)域（a）平均降水和（b）極端降水的氣候預(yù)估。各區(qū)域分別用六邊形表示，六邊形上方為區(qū)域名稱縮寫，填色為降水的相對變化；下方左右圓點(diǎn)分別代表約束對多模式集合平均值和模式間方差的減小。
論文的第一作者是浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院戴攀曦副教授，通訊作者是北京大學(xué)物理學(xué)院聶績長聘副教授，其他合作者包括北京大學(xué)物理學(xué)院俞妍助理教授和浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院吳仁廣教授。該研究受到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和北京市自然科學(xué)基金資助。
戴攀曦副教授之前已針對極端降水對全球變暖的響應(yīng)開展了一系列研究，包括發(fā)現(xiàn)全球變暖下極端風(fēng)暴的尺度擴(kuò)張并闡明其背后機(jī)理（Dai and Nie, Geophysical Research Letters, 2022; Nature研究亮點(diǎn)），論述極端降水氣候響應(yīng)區(qū)域特征的物理成因（Nie et al., PNAS, 2020）等。此成果是在極端降水研究領(lǐng)域的又一重要進(jìn)展。
參考文獻(xiàn)：
Dai, P., J. Nie, Y. Yu, and R. Wu, 2024: Constraints on regional projections of mean and extreme precipitation under warming. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121, e2312400121, https://doi.org/10.1073/pnas.2312400121.
Dai, P., and J. Nie, 2022: Robust Expansion of Extreme Midlatitude Storms Under Global Warming. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL099007, https://doi.org/10.1029/2022GL099007.
Nie, J., P. Dai, and A. H. Sobel, 2020: Dry and moist dynamics shape regional patterns of extreme precipitation sensitivity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117, 8757–8763, https://doi.org/10.1073/pnas.1913584117.
