近期我国多地开启速冷模式,“降温”登上热搜。其中,北京门头沟百花山、延庆佛爷顶在10月20日飘起了雪花,而新疆、内蒙古、黑龙江等地早在9月就迎来了降雪。大家在深秋嗅到了冬的气息,纷纷讨论冷冬是否即将到来。
关于冷冬的热议,离不开“幕后推手”拉尼娜。早在今年9月,世界气象组织就预测拉尼娜准备在秋季“返场”。许多人认为拉尼娜的出现,意味着冬天将变得更冷甚至带来超强寒潮,但拉尼娜与冷冬是否能完全画等号?它对气候变化究竟有哪些影响?今天我们就来聊聊这个话题。
2024年10月20日,强冷空气给新疆哈密带来暴雪,天山北坡的落叶松被染上银色。
进入我国的冷空气从哪儿来
冬天进入我国的冷空气是从哪儿来的?这要从冬季变冷的机制说起。
四季轮回主要是日地距离差异导致接收的地表太阳辐射发生变化,从而带来了冷热转换。从夏季到冬季,由于太阳直射点从北回归线逐渐南移到南回归线,全球热量分布发生变化。冬季北半球获得的太阳辐射减少,降温明显,北极更甚,形成了高压区。与此同时,中低纬度地区相对温暖,形成了低压区。在地转偏向力和地形的作用下,这些高压区和低压区便形成了极地涡旋。它们好比一个大冰箱,是冷空气的“预备军”。当极地涡旋减弱,低纬度气团就会挤压极地冷空气,使其大规模南下,影响我国,也就是我们常在新闻中看到的冷空气南下。
由于我国位于欧亚大陆,冷空气通常会经过西伯利亚地区,在那里进一步积累,变得更强,因此科学家称这一带为“寒潮关键区”。冷空气经寒潮关键区入侵我国,主要有4条路径。
1.西北路(中路):冷空气经蒙古国到达我国河套附近,再南下直达长江中下游及江南地区,可引起长江以北地区偏北大风和降温,江南地区还可能伴有雨雪天气。2.东路:冷空气经蒙古国到达我国华北北部,低空的冷空气折向西南,再从黄河下游向南来到两湖盆地,常使渤海、黄海、黄河下游及长江下游出现大风、低温和连阴雨雪天气。3.西路:冷空气经我国新疆、青海、西藏高原东侧南下,对西北、西南及江南各地影响较大,但降温幅度不大。4.东路加西路:东路冷空气从河套下游南下,西路冷空气从青海东南下,两股冷空气常在黄土高原东侧,黄河、长江之间汇合,造成大范围雨雪天气。
冷空气的一次次到来,逐渐拉低气温、形成降雨,所以有“一场秋雨一场寒”的说法,直到完成秋冬季节的转换,因此一些率先遭遇冷空气的地区出现降雪并不异常。
拉尼娜气候现象使乌拉圭在去年7月遭遇水资源紧缺困境。
拉尼娜为何常在厄尔尼诺后现身
关注天气新闻的人肯定对“厄尔尼诺”和“拉尼娜”这两个名字不陌生,它们俩可以说是这些年天气新闻榜头条的“种子选手”。
厄尔尼诺和拉尼娜有同一个家——热带太平洋,但二者有着截然不同的性格特点。厄尔尼诺事件是指赤道中、东太平洋海表温度异常,出现大范围偏暖的现象,气象学上一般称之为“暖位相”;拉尼娜事件与之相反,是指赤道中、东太平洋海表温度异常,出现大范围偏冷,且强度和持续时间达到一定条件的现象,被称为“冷位相”。需要注意的是,拉尼娜发生时,偏冷的不仅仅是海表面,热带太平洋的深层水也比正常情况下更冷。
有意思的是,厄尔尼诺和拉尼娜常常交替出现。1972年至1973年、1997年至1998年、2009年至2010年,拉尼娜都在厄尔尼诺后现身。当然也有例外,比如,1991年至1992年、2002年至2003年,就没有见到拉尼娜的身影。
一次厄尔尼诺事件结束后出现拉尼娜,主要原因是东南信风(指在低空从副热带高压带吹向赤道低气压带的风,年年反复稳定地出现,犹如潮汐有信,故而得名)增强,赤道暖流自东向西送去更多的暖水,使得东西两面海水的温差增大,沃克环流(赤道海洋表面因水温东西面差异而产生的一种纬圈热力环流)增强。
然而,要确定厄尔尼诺发生后拉尼娜到底会不会悄然而至,还得看海洋,目前科学家主要运用Niño3.4指数来判定。Niño3.4指数是衡量厄尔尼诺和拉尼娜现象强度的重要指标,它代表赤道太平洋东部和中部一个特定区域(170°W-120°W,5°S-5°N)的平均海温距平(即该区域海水温度与长期平均值的偏差)。当Niño3.4指数持续超过0.5℃时,表明厄尔尼诺正在发生;而当指数低于-0.5℃时,表明拉尼娜正在发生。这个指数的监测对于预测和了解气候变化模式,尤其是厄尔尼诺和拉尼娜的影响,具有重要作用。对我国而言,连续5个月Niño3.4指数的3个月滑动平均值≤-0.5℃,就被定义为一次拉尼娜事件。
厄尔尼诺的发生不规律,大约每2到7年发生一次,通常在一年内迅速成熟并衰减。拉尼娜的强度虽然比厄尔尼诺弱,但持续时间更长,通常为9个月至12个月,有时甚至能持续两年以上,也就是所谓的“多年期”。2021年至2023年就出现了本世纪首次“三重”拉尼娜事件,而上一次出现这种现象还是在20世纪90年代末期。
极端气候事件能否提前知晓
气候现象这么多,为何科学家尤为关注厄尔尼诺和拉尼娜?这是因为厄尔尼诺和拉尼娜合称为厄尔尼诺-南方涛动(简称ENSO),是地球气候系统中最强的年际变异信号,影响自然不容小觑。
在全球范围内,与拉尼娜有关的极端灾害造成了巨大的人员和经济损失,其中包括美国西南部的严重干旱、热浪和野火,澳大利亚、孟加拉国、中国和委内瑞拉的毁灭性洪水以及致命的飓风。
对我国而言,在拉尼娜发生的当年秋季,北方降水易偏多,出现秋汛的可能性大;而在拉尼娜发生的当年冬季,气温容易偏低,出现冷冬的可能性也较大。比如,2007年至2008年的拉尼娜事件期间,我国南方在2008年初发生了大范围低温雨雪冰冻灾害;2021年至2023年的“三重”拉尼娜期间,华北地区在2021年冬季有60多个气象观测站最低气温达到或突破建站以来的历史极值,内蒙古多地更是遭遇了有历史气象记录以来的最强暴风雪。
值得关注的是,厄尔尼诺和拉尼娜还可能对全球粮食生产造成重大影响。厄尔尼诺事件会影响全球至少四分之一的农作物产量,包括小麦、玉米、水稻、大豆和高粱。而受拉尼娜影响,气温较低地区的农作物生长周期会延长,可能导致产量下降;气温较高地区的农作物生长周期虽然会缩短,但可能导致病虫害的滋生和蔓延。部分研究表明,从长期来看,与厄尔尼诺相比,拉尼娜对我国粮食生产力的净影响总体可能是积极的。
前面提到,厄尔尼诺和拉尼娜合称为ENSO,是海洋-大气系统的一部分,在全球天气和气候变化中扮演着重要角色。那么,我们能否准确预测出ENSO的变化,从而提前得知洪水和干旱等极端气候事件的可能性,以减少损失呢?
从根本上说,ENSO是海洋的一种不稳定性存在,也是一种从背景状态获得能量的波动。虽然人们已经大致搞清楚天气系统在短时间内(一天左右)会如何变化,但一旦拉长预测时间,结论就变得不那么可信了。打个比方,根据一个小孩今年的身高可大概推测其明年的身高,但很难推测6年后能长多高。因为在逐年往后推测的过程中会产生误差,随着误差不断积累,就会产生蝴蝶效应,导致结果截然不同。这就是气象学家总提到的:天气和气候模型有多准确取决于想要多远的预测结果和多少细节。
由于ENSO预测十分重要,目前国内外许多机构和团队都发展了自己的动力学和统计模型(包括AI模型),尝试对其进行实时滚动预测。但从实际情况来看,每个模型的预期技能不尽相同,有的相差甚远,甚至同一模型对不同ENSO事件的预报准确率也不稳定。
总的来看,海洋-大气相互作用实在是太复杂了,ENSO依然具有很强的不可预测性。
今年拉尼娜影响大小还需观察
公众最为关注的是,拉尼娜究竟会不会带来一个更冷的冬天?
所谓“冷冬”“暖冬”,不是根据个人感觉或几天的异常天气来认定,而是有明确国家标准的。其 中,根 据《GB/T 33675-2017冷冬等级》,冷冬主要通过全国冬季3个月(12月至次年2月)的平均气温来定义,通过计算冬季平均气温与其常年值的差值(距平)与标准差来判断。具体来说,如果某一站点的冬季平均气温距平小于等于其标准差的-0.43倍,可定义为单站冷冬;如果冷冬站数超过区域总站数的50%,可定义为区域性冷冬;如果冷冬面积超过全国有效面积的50%,则定义为全国性冷冬。
所以,拉尼娜与冷冬不能直接画等号,两者是充分非必要的关系。我国冬季究竟是偏冷还是偏暖,与东亚冬季风的强度密切相关,除了拉尼娜之外,北极海冰、欧亚积雪以及大气环流系统内部自然变率等也起到了重要作用。
从1951年到20世纪80年代中期,拉尼娜事件当年我国冬季气温均显著偏低(气温较常年同期偏低1℃多,1954年冬天甚至偏低3℃多)。但在全球变暖的大背景下,自1986年以来,拉尼娜事件当年冬季气温偏高的情形也时有发生。不过从统计数据来看,出现拉尼娜以后,我国冬季偏冷的概率更大一些。由于今年的拉尼娜可能是一个较弱的事件,它会在多大程度上影响这个冬季的气温,还需拭目以待。
其实从全球范围来看,拉尼娜不算是大概率事件。在过去100年里,全球共发生了20次拉尼娜事件,其中10次为一年事件,10次为多年事件。但值得注意的是,多年期拉尼娜事件的确发生得越来越频繁:自21世纪初以来,全球已发生5次多年期拉尼娜事件,包括1998年至2000年、2007年至2008年、2010年至2011年、2016年至2017年、2021年至2023年。多年期拉尼娜事件由于对应着更强的海温异常,往往会给全球气候、环境及经济社会带来持续性和叠加性的破坏影响,并显著提高极端天气灾害的发生风险。
这些观测事实揭示了目前多年期拉尼娜事件的加速趋势。部分研究表明,未来拉尼娜连续发生的频率可能增加,且数量会随着温室气体排放强度的增大而增加。在已发生的多年期事件中所看到的极端天气和气候,可能在未来更频繁地出现。
世界气象组织的最新报告显示,未来5年内至少有一年的全球年平均气温将暂时超过工业化前水平1.5℃,这个可能性为80%。这意味着我们离《巴黎气候变化协定》设定的目标越来越近,也离全球应对气候升温的目标越来越远了。但厄尔尼诺和拉尼娜实在不该为人类所面临的气候困境负责——毕竟早在环境污染或全球变暖之前,它们就已存在于地球的循环之中。
总之,全球变暖已是既定事实,而未来气候特别是各区域的气候变化趋势依然有很大不确定性,对于改善全球气候大环境的努力,我们还需坚持,同时继续探索更有效的应对方式。(王素)