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天气气候水 代代向未来

世界气象日的主题大部分都围绕天气、气候与水文。面对越加频繁的极端天气、全球变暖与气候危机、全球水资源匮乏,人类命运共同体如何走向可持续发展的未来、造福子孙万代?这是一个现实又极富于挑战的主题,也是政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告向人类发出的预警,由衷呼吁全社会快速转型,减少温室气体的排放总量,促进天气气候与水资源的安全,走向生态文明的未来。

天气与气候

非气象工作者很难区分天气、气候、气候变化三者的差异,更难以理解气候预测与天气预报的差异。天气、气候、气候变化三者间既有密切联系又有显著差异。天气是指某一个地区的大气中各种自然现象(风、雨、温度等)在某个时刻所处的状态,可以通过气象仪器或设备观测监测得到;气候是指各种气象要素和天气现象在较长一段时间内的平均状况或统计状况,主要通过计算或统计获取相关信息;气候变化是指气候系统状态的变化,可通过其特征值及其变率的变化表现出来。当前人们最关注的是与未来生活息息相关的10~100年尺度上的气候变化。在时间尺度上,2周以内属于天气预报范畴,2周以上、年际以内属于气候预测范畴,而年代以上尺度属于气候变化预估范畴。

由于时空尺度的不同,大气中主要有6种变化:高频变化,2周以内的属于天气尺度变化;季节内变化,主要有11~30天和30~90天两种模态;年变化,这是一种基本模态,由太阳的周年运动推动;年际变化,如厄尔尼诺事件及区域海气相互作用;年代际变化,10年、20年、30~40年、60年等振荡周期,主要由自然因素造成,如太平洋年代际振荡;气候变化趋势,由人类活动和自然因素引起,如全球变暖现象。

天气可以预报,近年来,随着科学技术的发展,现代天气预报水平有了显著提高,一般性气温和降水预报准确率达到优良等级,但极端天气的预报尚存在预报瓶颈需要突破。气候可以预测,随着人类对大气、海洋和陆面等物理过程的了解与气候动力学数值模拟,气候预测产品从2021年世界气象日开始,可以向社会、公众发布,提供了更长时段的生产、生活、出行的气象资讯。气候变化可以预估,通过五大圈层的相互作用与参数化过程,预估不同情景下未来气候的变化趋势,但具有一定的不确定性。

2022 年 6 月,巴基斯坦持续强降雨引发 洪灾(图片来源:新华社)

我们的水资源

水是地球上最丰富的资源,覆盖地球表面71%的面积。但人类在现有条件下可以利用的淡水资源极其有限,仅占全球水资源总量的0.003%。全球变暖影响整个水循环过程,改变区域降水量和降水分布格局,降水极端异常事件频发,导致洪涝、干旱灾害的频次和强度增加,以及使地表径流发生变化,从而造成水资源“三大危机”:水多,河流泛滥,洪涝多发;水少,淡水匮乏,干旱频现;水脏,水体污染,生态恶化。

天气与水的关系十分清晰。如果降水偏多,路面积水城市内涝,河湖水涨汛情紧张,洪水淹没农田村庄;如果雨水偏少,晴好高温天气使得干旱迅速发展,不利作物生长,水资源高度匮乏,人畜用水紧张。

梅雨气候滋润着长江中下游流域、淮河以南流域,传统上认为的中国五大淡水湖是梅雨气候资源和水资源禀赋的集中体现。独特的气候特征还会孕育出与之相关的文化,例如梅雨就塑造了中国人心中典型的江南影像:柳絮散尽,雨落屋檐,琵琶声起,城头霓虹灯闪烁。尚湖龙舟桨声,太湖渔歌唱晚,西湖烟雨迷离,淅淅沥沥的雨巷,正值梅子熟季,撑一把油纸伞走在古街弄堂,连溅起的水花都富有艺术感,像跳动的乐符……

但到了高度发达的现代社会,宜居对水资源控制的要求就不再那么诗意,而更加重视科技的内涵。海绵城市这一水生态管理的新框架概念,就是以水资源为依托,不仅为城市增添绿化,也为城市收集雨水,以自然的方式保护自然水系。传统的城市发展斩断了雨水自然循环的路线,海绵城市就是利用一系列的景观和工程手法来使城市的排水模拟自然的降雨,使城市排水系统符合雨水循环的规律。以雨水渗入、贮存、调节、输送、截污、净化等功能,对总径流量、峰值径流和污染进行有效控制。充分利用自然下垫面的渗透性,减少径流,涵养生态和环境,积存水资源;通过雨水滞留,以空间换时间,提高雨水滞渗效果,减缓雨水汇集速度,降低排水强度和灾害风险;调整雨水时空分布,减少面源污染,为雨水利用创造条件,提高城市水环境;充分利用雨水资源和再生水,提高用水效率,缓解缺水问题;建立灰绿结合的蓄排系统,防止内涝等灾害,确保城市稳定运行。

风调雨顺是人类共同的祈盼,但气候变化导致极端天气频发、广发、强发和并发。气候异常程度越发严重,气候不稳定性加剧,气候临界点激活,气候灾害-气候风险-气候危机,甚至气候灾难等词汇在新媒体社交平台频繁提及。气候变化影响水资源,城市水资源匮乏,冰川持续退缩,冻土层正在变暖和融化,全世界200条大河中近1/3的河流径流量减少。水资源安全的危害及相关问题日益突现,水资源的供需矛盾影响社会经济发展和人类生存环境。世界气象组织早在2016年就明确提出,人类将直面更热、更旱、更涝的未来。2022年,欧洲阿尔卑斯山冰川损失异常严重,格陵兰冰盖连续26年质量损失并首次出现9月降雨,全球海平面上升速度翻倍,暖水珊瑚开始大面积死亡,北半球俄罗斯永久冻土解封崩塌,北半球欧洲和亚洲等多地遭遇破纪录高温热浪事件,澳大利亚发生百年一遇暴雨洪涝。

人类活动与气候变化

所有这些变化都与人类活动分不开。自工业化以来到2019年,人类累积排放2.39万亿吨二氧化碳,导致大气升温1.07℃。有研究表明,若全球升温1.5℃,全球水资源短缺人口将增加4%;升温2℃,全球水资源短缺人口将增加8%。全球变暖越演越烈,极端天气频发强发,复合型气象灾害日益严重,气候变化致使全球气候风险进一步加剧,大气不稳定性增大。尽管不可挽回的变化尚未触发,但地球承载警示灯已经亮起,以气候和生物多样性为核心的风险大幅增加。目前气候系统各圈层的气候变化是过去几个世纪甚至几千年来前所未有的,全球多个气候临界点处于激活状态,冰盖崩塌、海洋环流突变、亚马孙热带雨林生物多样性丧失、撒哈拉及西非季风区植被覆盖度增加,喜马拉雅冰川退缩,低概率高影响气候突变事件风险剧增。联合国秘书长大声疾呼,IPCC第六次评估报告是地球气候系统向全人类发出的“红色警报”。联合国环境规划署(UNEP)基于《2022年排放差距报告》指出,各地区、各国和各个家庭之间的温室气体排放量非常不平衡,证实了当前各国应对全球气候危机的行动不力,并发出呼吁:全社会需紧急转型,以避免加速的气候灾难。

气候变化与可持续发展的未来

气候危机是气候变化、污染和生物多样性丧失这三重地球危机的重要部分。联合国秘书长古特雷斯表示:干旱、洪水、暴雨和山火在整个世界肆虐,危害生命及生计,紧急气候情况造成日益严重的损失和破坏,全球和各国的气候承诺则少得可怜,控制全球升温在1.5℃以下的窗口期正在迅速关闭,温室气体排放必须在这10年内减少45%。世界气象组织2022年发布了《2022年全球气候状况》临时报告和《欧洲气候状况》等2份重要报告,指出近几年随着大气中温室气体浓度不断上升,热量不断累积,2022年的极端热浪、干旱和毁灭性洪水影响了全球数亿人,并造成几十亿美元的损失。来自美国莫纳罗亚(夏威夷)和肯纳乌克/格里姆角(塔斯马尼亚州)的温室气体观测结果表明,二氧化碳、甲烷和氧化亚氮浓度水平在2022年达到了创纪录的水平。同时,几乎可以肯定的是,自20世纪70年代以来,全球上层海洋(0~700米)已经变暖,且人类影响极有可能是主要驱动力。2022年全球平均海平面继续上升,估计值为3.4毫米。2022年受气候变化影响最大的国家分别是阿富汗、孟加拉国、乍得、海地、肯尼亚、马拉维、尼日尔、巴基斯坦、索马里和苏丹。2022年6月开始的巴基斯坦超大洪灾导致全国1/3的国土被洪水淹没,超过3300万人受灾,成为2017年以来全球伤亡最惨重的洪灾。

过去30年欧洲气温升幅超过全球平均水平的2倍。随着变暖趋势的持续,异常高温、野火、洪水和其他气候变化因素将对社会、经济和生态系统产生影响。1991—2021年,欧洲气温显著升高,平均每10年气温上升0.5℃。1997—2021年,高山冰川的冰层厚度减少了30米。格陵兰岛冰盖正在融化,导致海平面加速上升。对欧洲来说,最致命的极端天气是热浪,尤其是在西欧和南欧,气候变化、城市化和人口老龄化等因素将进一步加剧人类对高温的脆弱性。气候变化、人类行为和其他潜在因素为欧洲更频繁、更强烈、更具破坏性的火灾创造条件,并产生严重的社会经济和生态后果。交通基础设施及运营也面临越来越多的气候变化和极端天气气候事件带来的风险,如热浪、暴雨和狂风等。

最新证据表明,全球气温上升可能相继超过16个临界点,从而引发极地冰川崩塌、永久冻土融化、季风破坏,以及森林和海洋中的珊瑚礁死亡。地球许多系统已经受到气温上升的压力,即使在限制全球变暖的最雄心勃勃的方案下,地球仍然会发生巨大变化。近年来全球各地的极端天气已经传递出越来越多令人不安的信号,人类活动正在把地球系统推向破坏性的临界点。

世界正朝着全球变暖的2~3℃迈进,气候系统临界点的评估为采取紧急行动减缓气候变化提供了强有力的科学证据。目前比工业化前高出约1.1℃的全球变暖已经有5个气候临界点处于不确定性范围的下限,在《巴黎协定》升温1.5~2℃的范围内,格陵兰岛和南极西部冰盖的崩塌,热带低纬度珊瑚礁死亡,巴伦支海海冰突然消失,北方永久冻土迅速解冻,拉布拉多海副极地对流崩塌。根据现行政策,在预计升温约2.6℃时,可能会增加另外3个气候临界点。冰川消融、海平面上升、高温热浪与旱涝灾害增加、极端天气频发等诸多气候变化问题,正逐步由气候风险-气候危机-气候临界点,走向气候灾难。

随着对气候临界点认识的深入,人们逐渐意识到临界点之间会产生连锁反应,一个被激活,其他的也会被接二连三地激活。北极冻土层的融化会向大气释放更多的碳,而这会导致地表和海洋温度进一步上升,并进一步加速冰架融化和珊瑚礁退化。诸如冰盖融化、洋流变化、雨林砍伐等气候翻转因素之间相互影响。最新的研究表明,在全球变暖程度低于预期的情况下,气候翻转因素之间的相互作用最终也能引发突变。

科学家们担心,突破一个系统的临界点,可能会增加突破其他系统临界点的风险。如果破坏性的临界点级联事件发生,则全球的级联效应将变得不可避免,最终形成对人类生存与文明的威胁。一项关于西南极冰盖、格陵兰冰盖、大西洋经向翻转环流、厄尔尼诺和南方涛动以及亚马孙热带雨林临界点的研究发现,它们可以在升温幅度达到2℃之前相互作用,这种交互将使临界点在过去预期的阈值到达之前出现。风险分析发现,由于冰盖的临界阈值较低,级联反应可能会从冰盖融化开始。例如,随着格陵兰冰盖向北大西洋释放淡水,大西洋经向翻转环流可能会放缓,这将导致向北输送的热量减少。随着北方变冷,它可能有助于稳定格陵兰冰盖。然而,这也会导致南大洋的海水变暖,这可能会导致亚马孙部分地区更加干旱,而其他地区则会出现更多降雨。大西洋经向翻转环流的变化也可能引发厄尔尼诺和南方涛动的变化,导致厄尔尼诺状态持续时间更长,其影响可能会使亚马孙雨林消减的阈值降低。

为了人类社会的可持续发展,为了在21世纪中叶实现碳中和目标,为了向子孙后代与未来美好家园的承诺,扭转气候临界点青年行动显得尤为迫切。青年行动计划愿景是推动零碳未来,使命为发挥零碳未来主力军作用,因此,呼吁全社会需要紧急转型以避免气候灾难。行动计划目标是致力于科学应对气候变化,并号召全社会立即行动,激发青年人在中国加快实现碳中和进程中的主力军潜力,提高并影响公众对气候危机和气候临界点的清晰认识,扭转气候系统气候临界点被激活的不利局面,促进全球气候科学治理与世界经济共同繁荣双赢。青年人应积极参与全球气候治理,携手共建人类命运共同体——“天气气候水 代代向未来”。

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