熱浪、洪災(zāi)與氣候變化：我們正在摸著昨天的石頭過今天的河

2021年北半球的夏天，新型冠狀病毒造成的大流行疫情還籠罩全球，太平洋彼岸的熱浪才剛剛消退，歐洲又傳來了洪災(zāi)的消息，造成巨大的生命和財產(chǎn)損失。國內(nèi)也并不風(fēng)平浪靜——7月20日，鄭州特大暴雨，中央氣象臺公布的24小時雨量達(dá)到了622.7毫米，16時-17時最大降雨量達(dá)201.9毫米，突破中國大陸小時降雨量歷史極值，造成嚴(yán)重的城市內(nèi)澇。面對罕見的災(zāi)害，相信全世界的人都不禁要問，我們的氣候怎么了？

摸著石頭過河?

關(guān)于改革開放，中國人經(jīng)常會形象地稱之為“摸著石頭過河”。這是一種可貴的科學(xué)的工作方法，是從實踐中總結(jié)經(jīng)驗、再用于指導(dǎo)實踐的一個辯證過程——我們的氣候和水文科學(xué)也是如此。對過去經(jīng)驗的理解，是我們開展現(xiàn)在的研究、指導(dǎo)未來管理的基礎(chǔ)。

因此，氣候和水文科學(xué)領(lǐng)域的知識，很大程度上離不開對過去的觀測。完備的、長期的氣象和水文資料，是氣候和水文科學(xué)進(jìn)步的不可或缺的生產(chǎn)資料。然而在這一點上，由于歷史原因，中國的科學(xué)家實際上面臨著現(xiàn)實的劣勢。以降雨為例，中國最早的完整長序列資料大約可以追溯至1870年（北京），而全國的一定規(guī)模的氣象記錄只能追溯至上世紀(jì)50年代，作為對比，英國的降雨資料最早甚至可以追溯至1767年（牛津）。

百年一遇、千年一遇?

在氣候和水文領(lǐng)域，我們經(jīng)常可以看到“百年一遇”、“千年一遇”等等說法。很多人把這些說法理解成為每一百年就要發(fā)生一次、每一千年就要發(fā)生一次某某事件。然而實際上，這里說的是事件的重現(xiàn)期，是一種概率。重現(xiàn)期100年或者1000年的事件，指一年中大約有1/100或者1/1000的可能發(fā)生這一事件。例如，千年一遇的高溫天氣，指的是每年有1/1000的概率發(fā)生這種高溫事件。

這種概率是怎么計算出來的？這就是我們說的“摸著石頭過河”。歷史上的統(tǒng)計資料，可以讓我們估算出某一事件每年有多少發(fā)生的概率。我們還是以降水為例，某一強度降雨發(fā)生的概率，可以根據(jù)過去長時間觀測記錄中該強度降雨發(fā)生的次數(shù)估算出來。

這看起來似乎很容易，但有一個難為科學(xué)家的地方——那就是重現(xiàn)期超過了資料期限的事件，應(yīng)該如何估算其概率？這就要用到統(tǒng)計學(xué)上的一種叫做“外推”的方法，即通過已知的信息和規(guī)律，推導(dǎo)到未知的領(lǐng)域。這種推算的準(zhǔn)確度，很大程度取決于方法的準(zhǔn)確性和樣本資料的代表性，而具體的方法現(xiàn)在依然是科學(xué)界不斷探索的方向。

1.5度到2.0度?

地球在從太陽光照中獲取巨大能量的同時，地表將能量反射回太空。大氣層的存在就像一個大毛毯，阻擋了熱量的快速散發(fā)，從而保證地球處在一個適宜的溫度。但是工業(yè)化革命以來，隨著全球煤炭、石油等化石能源不斷消耗，人類生產(chǎn)生活不斷制造和排放溫室氣體，包括二氧化碳、甲烷等。更多的溫室氣體會阻擋更多的熱量散發(fā)，從而使得地球表面的溫度升高。

氣候變暖給地球系統(tǒng)帶來了深遠(yuǎn)的影響，可以引發(fā)糧食安全、水資源短缺、貧困、洪災(zāi)、干旱、物種滅絕、公共健康、暴力沖突等等諸多問題。因此，2016年生效的《巴黎氣候公約》制定了至本世紀(jì)末，控制全球升溫不超過2攝氏度、力爭不超過1.5度的全球目標(biāo)。1.5度和2度之間僅相差0.5度，但后者的影響卻要大得多，例如有文獻(xiàn)報道，2度升溫帶來的極端熱浪影響會高出1.5度的2.6倍。

2018年10月，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發(fā)布《全球升溫 1.5oC 特別報告》指出，到本世紀(jì)末，全球升溫幅度必須控制在1.5攝氏度以內(nèi)，否則2030年后全球?qū)瓉須缧缘臉O端氣候，給人類社會和生態(tài)系統(tǒng)帶來沉重打擊。然而，盡管疫情帶來了經(jīng)濟大封鎖，2020年全球碳排放有所降低，但大氣中的二氧化碳濃度還在上升，全球地表平均氣溫較1850-1990年已經(jīng)高出1.2（±0.1）攝氏度——我們距離1.5度的目標(biāo)僅剩0.2度！

摸著昨天的石頭過今天的河?

地球變暖和我們前面說的極端天氣有什么關(guān)系？這需要從兩個方面來分析。一方面，全球變暖導(dǎo)致地球大氣系統(tǒng)的不穩(wěn)定性增加，空氣升溫可以保持更多的水汽，更加容易極端強降雨等災(zāi)害事件；另一方面，氣候變暖引發(fā)地球大氣圈、水圈等層面的狀態(tài)變化，帶來更大的不確定性——我們摸過的“石頭”已經(jīng)不一定還是今天的“石頭”。

前文說過，我們的氣象和水文科學(xué)依賴過去的觀測記錄，我們的科學(xué)家所做的推算，一個重要的前提假設(shè)就是這些系統(tǒng)存在一個穩(wěn)定的波動范圍。全球變暖帶來的地球系統(tǒng)變化，再加上全球人口增長、土地利用方式的快速變化，正在打破這種穩(wěn)定性（stationarity）。我們從過去經(jīng)驗中建立起來的認(rèn)知體系，可能已經(jīng)并不能完美應(yīng)對今天的情形。換句話說，我們摸過的昨天的石頭，已經(jīng)不一定能幫助我們渡過今天的這條河。

我們需要做什么?

面對氣候變化背景下更高的災(zāi)害風(fēng)險，面對這條“新河”，我們需要做的很多，但是簡單來說可以理解為需要增強我們整個社會的“韌性”，從而在面對自然災(zāi)害對社會系統(tǒng)造成擾動時，更好、更快得恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

在洪水風(fēng)險管理中，風(fēng)險等于洪災(zāi)發(fā)生的可能性乘以洪災(zāi)造成的損失。從這個角度，我們不難看出，降低災(zāi)害風(fēng)險，一方面要依靠基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，例如防洪設(shè)施、排水設(shè)施、環(huán)境監(jiān)測設(shè)施等等，從而減少災(zāi)害發(fā)生的可能性；另一方面要依靠社會管理的體制能力建設(shè)，包括預(yù)測預(yù)警、工程調(diào)度、搶險救災(zāi)、資產(chǎn)管理等等，從而減少災(zāi)害造成的損失。而要實現(xiàn)這兩個層面的目標(biāo)，都需要依靠我們扎實的知識體系，也就是我們的基礎(chǔ)研究以及信息管理。

作為普通人的我們可以做什么?

很多人似乎覺得前面說的這些和我們普通人的生活離得很遠(yuǎn)，然而實際上并不是。在降低自身面臨的災(zāi)害風(fēng)險方面，雖然個人在減少自然災(zāi)害發(fā)生方面能做的可能很少，但是我們可以從減輕災(zāi)害造成的損失做起，例如關(guān)注氣象災(zāi)害預(yù)警信息、購買自然災(zāi)害保險、掌握災(zāi)害發(fā)生時的自救知識、應(yīng)對災(zāi)情時互相幫助等等，這些實際上都是在增加個人和家庭的“韌性”。

在應(yīng)對氣候變化方面，一些國家層面的能源政策、去碳措施固然很重要，我們每個人貢獻(xiàn)的力量也可以聚沙成塔，不容小覷。我們每個人的每個行為都會產(chǎn)生碳排放，也就是我們說的“碳足跡”。雖然要求每人不產(chǎn)生“碳足跡”完全不現(xiàn)實，但是減少個人的碳排放還是非常容易的，我們可以從一些小事做起，例如少使用一次性物品、少買一件衣服、少開一次車、少坐一次飛機、少吃一頓肉、少喝一杯咖啡等等。2020年9月，中國在聯(lián)合國大會上莊重地承諾，要在2030年前達(dá)到碳排放峰值，在2060年前實現(xiàn)碳中和，但目前我們的能源結(jié)構(gòu)中化石能源依然占據(jù)主要地位，是全球最大的碳排放國，需要我們每個人共同努力減排。