中国西北“暖湿化”究竟真的假的？

本文来自微信公众号：地球知识局 （ID：diqiuzhishiju），作者：小凯，校稿：朝乾，编辑：果果、板栗，题图来自：视觉中国

近年来，新疆的洪水灾害呈现多发态势。2018年7月，新疆哈密市伊州区突降特大暴雨引发洪水，造成20人遇难，8人失踪。今年7月至9月下旬，新疆塔里木河的洪水持续了80天。洪水的背后是异常的高温融雪和多次暴雨的袭击。

这与印象中干旱的大西北相去甚远，而这一现象的出现可能并非偶然▼

新疆地区的气候变化如今广受关注，大家谈及它的时候往往用“西北暖湿化”来概括。所谓“西北暖湿化”，就是说西北地区在近三四十年中，呈现气温上升和降水增加的趋势。这样的一个趋势是否真的存在？它是否受全球变暖的影响？在未来，它是否会改变西北“荒漠戈壁”的地貌呢？

“西北暖湿化”是否存在？

“西北暖湿化”最早是由著名地理学家、冰川学家施雅风院士在本世纪初提出的。随后，大量针对西北的气候变化研究陆续展开。

从1979年到2019年间，西北地区的年平均降水量增加显著，尤其是新疆西部及北部的部分站点，每10年降水的增加趋势超过15mm。也就是说，在40年间增加了60mm以上。

如果分不同月份来看西北地区的平均值，秋、冬季节各月份降水增加的较为显著，其中最明显的9月份，西北地区的降水在40年间增加了约10mm。

多年平均的降水量▼

1979年~2019年降水变化的趋势▼

很明显能看到9月降水量的增加是最显著的▼

西北地区是典型的内陆干旱和半干旱地区，相较于我国其他地区年降水量稀少，大部分地区年降水量少于200毫米/年。

中国干湿分区图▼

来自海洋的水汽输送是形成降水的必要条件，但深处内陆的西北地区距离大西洋、印度洋、太平洋和北冰洋都非常遥远。南边的青藏高原、西边的帕米尔高原、北边的天山山脉和阿尔泰山脉、东边的黄土高原更是将这里层层包裹，把遥远运来、所剩无几的水汽“拒之门外”。

这地形真的是层层封锁，生怕放进来一点水汽▼

如果考虑到西北地区本身降水稀少，这几十年来降水的变化不可谓不大。

“西北暖湿化”的原因

工业革命以来，人类活动排放的二氧化碳显著提升了全球地表平均温度。在“全球变暖”的大背景下，世界上各个地区都正在经历着前所未有的变化。“西北暖湿化”正是全球变化在中国西北一隅的小小缩影。

全球二氧化碳排放量自工业革命后急速飙升▼

从字面意思上讲，“全球变暖”指的是全球地表平均温度的升高，但在更多时候，我们在使用这个词语时往往扩大了它本身的内涵，指地球上的气候系统的多个方面正在发生着的变化。也就是说，“全球变暖”基本上指代了“气候变化”。

当前气候变化的主要驱动力是入射太阳辐射和射出热辐射之间的辐射平衡受到自然和人为胁迫的影响（图：encyclopedie）▼

之所以会这样，有一个原因是，我们很确信全球地表平均温度一直在增加，因此也能较好地预估它在未来的变化。但是，相较全球平均变化而言，我们对于各地气候的具体变化了解较少，因此这种预估具有很大的不确定性。

全球整体的平均气温尚能大致预测，但具体到其中某一地区，情况其实是相当复杂的（蓝色的不确定条显示了95%的置信区间 参考：wiki）▼

北极的冰川加速融化是全球地表平均温度升高最明显的表现（图：wiki）▼

而且，我们对于气候系统的其他方面的变化，了解就更少了，比如各地降水的增加或者减少、台风频率和强度的变化、冰川和冰盖的融化速度等。

什么时候才能摸清这家伙的“活动”规律呢（2015年的台风灿鸿、浪卡 图：wiki）▼

具体到我国西北地区，“全球变暖”使得西北地区的降水会如何发生变化？在上世纪末和本世纪初，学术界广泛接受的是“干更干，湿更湿”的观点，也就是原本降水多的地方降水更多，原本降水少的地方降水会更少。

但是随着时间推移，观测资料越来越丰富，再加上“全球变暖”愈加显现，人们发现，对于区域的预测比想象得更加复杂。本来干旱的西北正在变得越来越湿润。

那么，“全球变暖”使得大气环流发生了怎样的变化，造成了西北降水的增加呢？

这个问题在学术界还没有定论。过去的研究发现，已发生的大气环流多个侧面的变化都可以增加西北降水，但是很难确定哪个才是最主要原因。换句话说，西北降水增加，是多因素共同作用的结果。

地球上大规模大气环流的理想化描述（春分）（参考：wiki）▼

这些过程可以分为“内”和“外”两个方面的变化。

“内”指的是区域内水循环的加强，西北地区气温升高，陆面的蒸散增强，大气中的水蒸气含量增加，自然就要以降水的形式更多地释放。“内”对降水变化的贡献大概占四分之一。

水循环是多环节的自然过程（底图：NASA）▼

“外”指的是从海洋向西北地区输送的水汽增加了，这些输送又有不同的路径。其中，来自大西洋水汽，更多地被高空更强的西风携来；来自太平洋和印度洋的水汽增加，与西北太平洋副热带高压的西伸和增强有关；来自北冰洋的水汽增加，则受到贝加尔湖上空的反气旋环流增强控制，这同时也增强了来自北太平洋的水汽输送。 

西太副高增强和向西北水汽输送增强的示意图▼

贝加尔湖上空反气旋与北冰洋和北太平洋的水汽输送示意▼

荒漠真能变江南？

一个地区的干旱的状况不止由降水决定，还和这个地方的潜在蒸散量有关。我们曾在《地表最大干旱区》的视频中介绍过干旱指数，它是某地年平均降水量和年平均潜在蒸散量的比值，描述了一个地区的干旱程度。

其中的潜在蒸散量，描述了某地实际蒸散量的理论上限，也就是假设土壤保持充分湿润可以蒸散的水分的量。

蒸散示意图（参考：wiki）▼

西北地区常有晴朗天气，日照较强，潜在蒸散量很大，大部分地区超过了1000毫米，最大的地方超过了1800毫米。作为比较，长江中下游地区年平均降水量和潜在蒸发量相差不大，都在1000毫米以上。而西北地区的潜在蒸散量，在大部分地区都比降水量多800毫米以上。

潜在蒸散空间分布▼

西北地区的气温、风速和日照时数这些因素，在过去四五十年中都在发生着变化。综合考虑这些因素的研究结果显示，西北一些地区的潜在蒸散量在以0到40毫米/十年的速率下降，但是还有很多地区显示出增加的趋势。

1961~2015年各气象站点平均潜在蒸散线性变化趋势▼

结合降水的变化来看，在一些这四五十年来变得更“湿润”站点，降水量的增加和潜在蒸散量的减少加在一起在最多也不会超过200毫米，更多的地方可能只有几十毫米。而要达到“湿润”标准，降水量至少要达到潜在蒸发量65%。

由此可以做一个简单估算，西北地区若要成为湿润区，降水量的增加和潜在蒸散量的减少加起来至少要达到600毫米。

在另一项研究中，甚至计算出地区平均潜在蒸散量呈现上升趋势。地区平均的潜在蒸散量的增加（约45毫米），超过了地区平均的降水量增加（24毫米）。

也就是说，西北气候也可能正在向着“干旱”的方向变化。所以说，距离“荒漠变绿洲”还有很遥远的距离，甚至很有可能不会实现。

尽管存在困难，但是我们还是有方法来预估某一地区的气候变化，气候模式就是我们预估未来的比较可靠的手段。

气候模式是运行在计算机上的对地球气候系统的仿真实验室，它将气候系统中重要的过程比如大气和海洋环流、太阳辐射对大气和陆面的加热、大气和陆地之间的能量交换和水分交换等抽象化、数学化和软件化，给气象学家们在虚拟的地球实验室中做气候试验的机会。

气候模式概念图（参考：climateinformation.org）▼

世界上很多科研机构都开发了不同的气候模式，这些气候模式之间各有特点，各有优劣，但是由于模拟的复杂性和不确定性，我们很难选出某个最优模式结果作为对未来的最优预估。

幸运的是，气象学家们发现多个模式模拟的平均值在温度、降水、气压和风速等多个方面上都最接近观测。所以，更合理的方法是使用很多模式来对未来进行预估，所有模式模拟的平均值，就能产生对未来最合理的预估。

基于这样的想法，国际合作的世界气候研究计划（WCRP）从1995年开始定期组织世界范围内众多气候模式共同预估未来气候，现已组织了6次。

比如，第五轮耦合模式比对项目（CMIP）的其中两个模式就采用了这么多模型（图：WCRP）▼

在最新一轮的模拟预估中，多模式平均预测结果显示，在本世纪末，如果全球平均温度上升2℃，我国西北地区的年降水量将增加13.7%（37毫米），在5℃的情况下，将增加25.8%（78毫米）。与此同时，潜在蒸散量在两种情景下将增加1.4%和4.9%。

综合了降水量和潜在蒸散量的变化后，近地面土壤湿度增幅分别为10%和20%。集合了世界上多家科研机构的智慧的数值模拟结果告诉我们，尽管是在遥远的本世纪末，西北地区“变湿”的情况也不会从根本上扭转“干旱”的局面。

过去三十年来，西北地区气温增加的同时降水也在增加，但是“荒漠变绿洲”只是人们对于未来自然环境的美好期许。全球变暖背景下，地球上的每个角落都在发生着前所未有的变化，但是我们对此还知之甚少，尤其是对变化机制的理解不足，阻碍了我们对未来做出更加准确的预估。

参考资料

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2.Wu， P， Ding， Y， Liu， Y， Li， X. The characteristics of moisture recycling and its impact on regional precipitation against the background of climate warming over Northwest China. Int J Climatol. 2019; 39: 5241– 5255. https://doi.org/10.1002/joc.6136

3.吴霞， 王培娟， 霍治国， 白月明. 1961-2015年中国潜在蒸散时空变化特征与成因[J]. ， 2017， 39(5): 964-977 https://doi.org/10.18402/resci.2017.05.16

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5.朱飙. 西北地区气候暖湿化背景下水汽、潜在蒸散及极端温度和降水的变化特征[D].兰州大学，2022.DOI:10.27204/d.cnki.glzhu.2022.000057.

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7.Wei， K.， & Wang， L. (2013). Reexamination of the Aridity Conditions in Arid Northwestern China for the Last Decade， Journal of Climate， 26(23)， 9594-9602. Retrieved Sep 25， 2022， from https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/26/23/jcli-d-12-00605.1.xml

8.https://mp.weixin.qq.com/s/vBYmP-N5SBLvbJ2d7eUBVg

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