許多朋友都看過一部著名的好萊塢災難片——《The Day After Tomorrow》，中文片名直譯為《後天》。該片為我們展示了一個滿目瘡痍的冰封地球，災難的起因竟然是全球變暖。電影借專家之口講述了冰川融化的後果：大量的淡水輸入大西洋，抑制了熱鹽環流，導致全球的熱量平衡被打破，使得北半球變成一片冰天雪地，地球進入冰河世紀。

電影海報中被嚴寒冰封的城市

圖 | 電影《後天》

【一】 此起彼伏的冰與火之歌

電影追求的是炫目誇張的藝術效果，不過近幾年來，北美確實經常在深冬季節遭受寒潮的襲擊。2019年五大湖區破紀錄的零下52度嚴寒直追極地，而2021年2月的得克薩斯州，更在暴風雪的蹂躪下損失慘重，長時間的雨雪冰凍天氣和大範圍的極端低溫，造成交通受阻、電網崩潰和數百人的傷亡，損失估計近2000億美元。

2021年得克薩斯遭遇極端寒潮，汽車在風雪中艱難前行

圖 | CNN

在得州寒潮之前一個月，中國中東部一樣遭遇了強冷空氣的襲擊，降溫幅度大、影響範圍廣，中央氣象臺連續釋出寒潮橙色警報，北京的觀象臺也記錄下24度這樣的罕見低溫。民眾忍不住要問，媒體上鋪天蓋地的宣稱“溫室效應”、“全球變暖”，但年年來襲的寒潮又讓人備受煎熬，既然“全球同此涼熱”才對，這些現象實在矛盾至極。難道就像有些陰謀論聲稱的，全球變暖其實是個騙局嗎？再加上時不時出來搗亂的洪澇、森林大火等災害，不禁讓人懷疑，這究竟是怎麼回事？

1981年-2020年之間按月度統計的全球地表溫度異常現象

圖 | 歐盟哥白尼氣候變化服務中心

來自多個政府機構的研究資料顯示，全球範圍的氣候變暖是十分清晰的既定事實。在一般的認知中，變暖無疑會導致某些極端天氣的增加，例如夏季頻發的熱浪，以及暴雨、雷暴等強對流天氣，但僅限於“熱”的一面。大家並不認為變暖會導致嚴重的寒冷天氣事件，這實在有悖於日常生活經驗。然而根據報道，各種極端天氣——包括且不限於強降雪和寒流——已變得愈發常見。

我們僅以2021年為例，看看由於氣候異常導致的自然災害現象：澳洲的乾燥高溫催生森林大火，動物四散奔逃；7月上旬，暴雨和洪水席捲西歐地區；幾乎同時，中國河南也遭遇了千年一遇的特大暴雨，鄭州降雨量最高達到一小時200毫米；臺灣出現56年來最嚴重的旱情，多個水庫乾涸見底……

澳州森林大火,一隻袋鼠奮力求生

臺灣旱災,日月潭的水位標誌物九蛙完整露出

西歐洪災，大片農田在洪水過後塌陷

鄭州暴雨,一片汪洋中的鄭州東站航拍.

應該說，許多極端天氣事件都不是孤立現象，在某種程度上，可視為全球大氣環流異常的間接體現。變暖加劇了氣候系統的不穩定，是造成這些極端天氣事件頻發的原因之一。

以開頭所說的極端嚴寒事件為例，一大原因便是極地渦旋減弱，使得北極強冷空氣持續南下。極地渦旋是指分佈在極地上空30公里處的大面積低壓，從高空俯瞰，呈現明顯的逆時針旋轉。通常情況下，外圍的噴射氣流如同一堵無形的牆，會限制冷空氣的擴散，使之較為穩定地盤踞在北極。而全球變暖使得冬春季節的極地顯著升溫，特別是北極升溫速度約為全球平均值的2倍，赤道北極之間的溫度梯度減弱，極地渦旋對冷空氣的束縛能力下降，逃逸的冷空氣便趁機大舉南下，侵襲北美和歐亞地區。

極渦示意圖，左側為穩定狀態；

右側為擾亂狀態，冷熱失衡

圖 | NOAA美國國家海洋和大氣管理局

而且北半球中緯度是世界人口的密集區，在北緯20度至65度的溫帶和亞熱帶區域內居住著約80%的世界人口。愈發頻繁的氣候事件可能對生產生活造成較大影響，北半球作為全球最重要的經濟增長引擎和人口賴以生存的糧倉，所受到的極端氣候威脅也將給人類的可持續發展造成隱患。

在變化背景下尤其值得關注的是，由於氣候變暖會導致大量的海水蒸發，大氣層在飽和前可容納更多水汽，一旦遇上有利的降水條件，便會提高發生極端強降水的風險。雖然具體機制還有待進一步研究，但全球變暖會加大極端強降水出現的機率，進而引發極端天氣，已得到充分的研究證實。

【二】 如何預測極端天氣

目前的短時天氣預報已經實現了較高的精度，但相對長期的氣候預測預警仍然存在難度，造成問題的最重要因素便是時間，預報準確度會隨著時間範圍的拉大而急劇下降。看似簡單枯燥的氣象預報，實際上是集合了超級計算機與複雜天氣模型的結晶，是一場人類智慧與自然規律的角力。

湍流的模擬圖，它在大氣和海洋中無處不在

圖 | 環球物理

大家都聽過混沌效應的一種提法：在南美洲熱帶雨林的一隻蝴蝶扇動翅膀，經過連鎖反應後引發了得克薩斯州的龍捲風。事實上，集合了各種尺度各種型別湍流的氣象系統，正是最典型的混沌系統案例之一，地球各大圈層共同參與了氣象系統的演進，而極端氣象事件更是這一混沌系統的必然產物，初始條件下的微小擾動經過演化後，足以對整個系統產生巨大的影響。

目前的氣象預測高度依賴於超級計算機，主要根據各種測量裝置及氣象雷達等獲取的資料，作為輸入引數來進行預報。在模型擬合度足夠的情況下，資料量越多，顯然精度越高，但計算的工程量也越大。以美國為例，NOAA（美國國家海洋和大氣管理局）每天利用衛星、船舶、海洋浮標、飛行器等媒介的感測器蒐集近40億份觀測資料，再按照海洋、大氣、地質等多個層面彙總成複雜的預測模型，將其提供給NWS（美國國家氣象局），這一過程的年資料量超過30 PB。

全球應用於氣象預測的超算排名

中國氣象局投入服役的“派-曙光”超算位列第四

圖 | 中國氣象報 2019

仍然以開頭的極端寒潮為例，除了北極渦旋減弱這一重要原因之外，還有拉尼娜、北大西洋濤動等現象，共同參與了影響過程。畢竟天氣現象是由溫度、壓強、重力等多因素共同影響的複雜結果，甚至連太陽週期活動、洋流含鹽率、冰川反照率等細節引數也會左右地球氣候。任何一個細微的變動，都有可能產生異常的大氣環流，在廣時域的全球視角下，這些林林總總的極端高溫與極端低溫事件，本質上並不矛盾。

準確預測氣候和進行異常歸因分析，目前仍然具有較高難度。但隨著算力的大幅提升和模型的擬合修正，對天氣的預測能力將逐步增強，體現在具體的極端氣象事件上，預測結果的時空精度也會越來越高。

1980-2005年之間西北太平洋熱帶氣旋歷史路徑

圖 | WikiPedia

除了基礎物理學之外，大氣科學、計算數學和資訊科學等學科的交叉融合也可能探及先前未知的潛在規律，產生技術突破，如今廣泛使用的天氣預報數值模式就是一個交叉融合的典範。而人工智慧、機器深度學習、大資料等新興領域的應用，也有助於預測準確率的提高。我國成熟的數值模式預報系統，就有不少較為成功的預測案例，例如2018年汛期預測東亞夏季風偏強、我國北方地區降水明顯增多、長江中下游降水偏少，對全國夏季旱澇分佈的預測與實況基本一致。

【三】 如何應對極端天氣

在不受人為因素干擾的情況下，自然界存在氣候的週期變化，這種變化屬於自然現象。全球氣溫呈現出一定的的週期性波動，在一個地質紀年尺度的冷-熱週期內，最高溫與最低溫之間的差異甚至可達20℃。地球歷史大部分時間內的氣候比現代要溫暖得多，而在前寒武紀末以及石炭紀、二疊紀和第四紀，冰川則可覆蓋延伸至大量的中緯度區域，在這些冰期之間，則是相對溫暖的時期。但人為因素干擾下導致的氣候變化，則是不可逆的，如不採取立即行動，僅靠自然難以自我修復，並將對人類生存造成災難性威脅。

 一萬年來挪威雪線海拔和近五千年來中國氣溫距平變化對比

圖 | 參考資料[4]

特別是自工業化以來，人為導致的全球氣候變暖趨勢是確鑿的，偶爾出現的冷暖波動並未影響這一結論。像《後天》電影中的場景雖然有一定的理論基礎，但大家無須過度恐慌，電影畢竟需要營造驚悚的衝突效果，將漫長時間尺度內有可能發生的事件壓縮在了短短几天時間內。在目前的氣候變化幅度下，發生如此劇烈的災害機率非常低。

不過，在厄爾尼諾和拉尼娜輪番登場，冷熱旱澇不均，雪災和沙塵暴等極端天氣頻頻出現的今天，我們應該怎樣做？是否有足夠的應變能力加以應付？除了加強基於超算的天氣預報系統之外，還應秉持未雨綢繆的基本思路，做到以下幾點：

①加強對氣候和環境變化的歷史資料研究，在過往案例中吸取經驗教訓，並深入挖掘規律；

②建立應對極端天氣事件的應急響應機制，充分進行防災減災的演練和教育，加強民眾防災意識。政府行政管理能力和應急響應能力是降低損失的一大關鍵；

④透過加強宣傳培訓，提高基礎設施建設標準，增加因變暖導致的病蟲害和疾病的防治能力等途徑，努力提高適應氣候變化能力。

一帶一路歐亞地區極端氣候風險評估（高溫熱浪角度）

圖 | 中國科學院地理與資源研究所

一個冷熱不均的地球更需要我們的愛護，氣象和人類社會息息相關，在氣候極端現象頻發的當下，充分把握氣象背後的科學，我們才能更好地趨利避害，在保障安全的同時對氣候資源進行充分利用，讓人與自然的生命共同體永續發展、生生不息。