《巴黎協定》溫升目標下全球季風區極端降水事件的變化和影響
季風是指大範圍的盛行風向隨著季節而顯著變化，伴有雨季和旱季等季風氣候。世界上著名的季風區通常被劃分為三部分，即亞洲-澳洲季風區（簡稱「亞澳季風」，包括著名的印度季風/南亞季風、東亞季風、西北太平洋季風和澳洲季風）、非洲季風（含北部非洲季風和南部非洲季風）、美洲季風（含北美季風和南美季風）等。得益於充沛的季風降水，全球陸地季風區生活著全球約三分之二人口，是全球人口分布密度最大的地區之一，尤其是在南亞和東亞季風區（圖1）。
圖1 全球人口分布和季風區分布示意圖（人口數據來自2000年的統計人口GPW2000，單位是千人/每1°x1°的網格；藍色線條所圍住的範圍表示全球陸地季風區的大致範圍）
與此同時，受異常的季風活動的作用，季風區也是全球陸地範圍內受極端降水和洪澇災害影響最大的地區之一。例如，2018年北京「7.16」暴雨事件，持續時長長達58小時，最大小時雨強僅次於2011年「6.23」暴雨，車輛和種植業保險估損均超千萬元。而日前的日本「平成30年暴雨」（即2018年6月28日至7月8日期間的暴雨）已造成209人死亡，成為自1982年長崎縣水災造成299人死亡或失蹤以來，由強降水引發的最為嚴重的災難（圖2）。
圖2 2018年7月8日，日本岡山縣倉島市，從空中俯瞰被洪水淹沒的房屋（來源：The Atlantic網站）
在全球變暖的背景下，大氣持水能力增加，理論上有利於極端降水增強。預估和理解未來極端降水及其風險的變化，對於社會可持續發展、減緩與適應氣候變化策略的制定與實施，都具有至關重要的意義。
2015年12月《聯合國氣候變化框架公約》締約方大會通過《巴黎協定》，正式將「2°C溫升目標」納入大會成果，並提出「力爭把溫升目標控制在較工業革命前上升1.5°C以內」 。《巴黎協定》形成2020年後的全球氣候治理格局。我國全國人大常委會於2016年9月3日批准中國加入該協定。1.5°C溫升目標問題，特別是1.5°C溫升較之2°C溫升目標所能夠避免的氣象災害風險和減小的影響，成為迫切需要國際科學界回答的問題。
2018年8月8日，中國科學院大氣物理研究所周天軍研究團隊在Nature Communications（《自然—通訊》）在線發表文章，揭示了全球陸地季風區極端降水隨不同全球增溫閾值的變化，指出若將全球增溫控制在1.5°C，較之2°C溫升目標，將能顯著減少對「危險」極端降水事件的暴露度。
利用參加第五次耦合模式比較計劃（CMIP5）的多模式氣候預估數據，結合不同共享社會經濟路徑（SSP）下的人口預估數據，周天軍研究團隊探討了從1.5°C到2°C、3°C和4°C等不同溫升目標情景下全球季風區極端降水的變化及其對人口的影響。結果表明，極端降水對全球增溫的響應表現為兩方面，一是平均強度增強，二是異常事件的發生更為頻繁。因此，強度極強且影響力高的「危險」極端事件（例如「20年一遇」的極端降水事件）發生頻率將顯著增加。這將導致季風區對這類「危險」極端降水事件的暴露度隨溫升而增加。
圍繞歷史記錄中10年或20年一遇的極端降水事件在未來如何變化，研究表明，若將全球增溫控制在1.5°C，則較之2°C，這類事件所影響的季風區面積和人口數量（簡稱「人口暴露度」）都將減少大約20%-40%。極端事件的「危險」等級越高，1.5°C較之2°C溫升目標所能夠避免的風險越大，呈現出非線性的特徵（圖3）。因此，《巴黎協定》所提出的1.5°C溫升目標，較之2°C溫升目標，能夠顯著減少極端降水事件對自然和人類社會的影響，這對於人口眾多且分布密集的全球季風區尤為重要。基於多種極端降水研究指標的比較分析表明，這一結論不依賴於極端降水事件的定義方法，且不同氣候模式預估結果間的一致性很高。
圖3 不同溫升閾值下全球陸地季風區面積和人口對「危險」極端降水事件的暴露度。（a）全球陸地季風區對1950-2005年10年一遇（藍色）、20年一遇（紅色）連續5日最大累積降水量（RX5day）事件的面積和人口暴露度隨溫升的變化。實線為多模式集合中值，陰影為第25到75百分位模式範圍。橫坐標表示溫升範圍，從工業革命前時期（1861-1890年，pI，即0°C溫升）至當前氣候（1986-2005年，pd）、1.5°C、2°C、3°C、4°C增溫；且橫坐標間距與增溫幅度成比例。黑色虛線表示將0°C和1.5°C結果線性外推得到的暴露度。人口暴露度的計算考慮了2000年的統計人口（GPW2000）和不同共享社會經濟路徑（SSP）下的預估人口。（b）全球陸地季風區1.5°C溫升相較2°C溫升可減少的對於1950-2005年10年一遇（藍色）、20年一遇（紅色）RX5day事件的面積和人口暴露度（單位：相對於當前氣候中暴露度的百分比）。圓點為多模式集合中值，垂直線表示第25到75百分位模式範圍。其中實心圓點表示超過2/3模式預估的1.5°C增溫較2°C增溫能減少暴露度，否則以空心圓點表示。
該項研究還比較了全球三大季風區（即亞澳季風區、非洲季風區、美洲季風區）極端降水變化的異同點，發現在上述子季風區中，南部非洲季風區和南亞季風區是受0.5°C額外增溫（即2°C溫升目標與1.5°C溫升目標相比）影響最大的敏感地區（圖4）。若《巴黎協定》的1.5°C溫升目標能夠實現，則與2.0°C溫升目標相比，根據CMIP5多模式預估數據的中值來估算，南部非洲季風區受20年一遇極端降水影響的區域範圍和人口數目將分別減少約44%和53%，對應的南亞季風區的結果約為40%。
圖4 子季風區1.5°C溫升較之2°C溫升可減少的對「危險」極端降水事件的暴露度。各子季風區1.5°C溫升相較2°C溫升可減少的對於1950-2005年10年（藍色）、20年（紅色）一遇RX5day事件的面積和人口暴露度（單位：相對於當前氣候水平的百分比）。圓點為多模式集合中值，垂直線表示第25到75百分位模式範圍。其中實心圓點表示超過2/3模式預估的1.5°C較2°C增溫能減少暴露度，否則以空心圓點表示。
這項研究工作表明，控制進一步溫升對於減少季風區極端洪澇災害風險具有顯著作用，國際社會需要圍繞著減緩氣候變化而共同努力。
上述工作8月8日於《自然—通訊》（Nature Communications）在線發表。
相關論文
Zhang Wenxia, Tianjun Zhou*, Liwei Zou, Lixia Zhang, and Xiaolong Chen: Reduced exposure to extreme precipitation from 0.5°C less warming in global land monsoon regions. Nature Communications. 9, Article number: 3153 (2018). doi: 10.1038/s41467-018-05633-3.
文章在線鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05633-3
DOI：
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05633-3
中科院大氣物理研究所
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