华北地区持续多日的强降雨牵动人心。在人们印象中，南涝北旱是常态，为何今年夏天我国北方出现了强降雨？这一灾害天气是否与全球气候变暖有关？气象预报能否比较精准地预报降雨量大小？解放日报·上观新闻记者采访了上海交通大学海洋学院副教授马建博士。

这位研究气候变化动力学和海气相互作用的专家表示：气候变化导致的极端天气加剧确实与华北暴雨关联密切，并可能导致西北太平洋台风出现向北扩张的趋势。

水汽含量升高加剧大气对流运动

“全球气候变暖不仅会导致平均气温升高、海平面上升，还会导致热浪、暴雨、大雪等极端天气的强度和频率增加。”马建说。其中，冬天暴雪加强也是气候变暖的一个后果，而不是像那些不相信气候变暖的人所言：更多的大雪等极寒天气证明地球没有在变暖。

为什么气候变暖会导致极端天气越来越严重？他解释，大气中的水蒸气即水汽，在气候系统中扮演着重要角色。水汽主要来自海洋蒸发，在大气中的含量很小，从陆地到海洋通常仅有5—20克/立方米。伴随温度升高，水汽会越来越多，起到“四两拨千斤”的关键作用。研究表明，全球地表平均每升温1℃，大气中的水汽含量将增加7%左右。水汽本身也是一种温室气体，会继续加剧全球变暖。

对流降水是由大气的热力扰动所引发，大气受热后密度减小，产生上升运动。在此过程中，由于气压降低而降温，使其中的水汽凝结成小水滴或小冰晶，从而形成云，同时释放出很多热量。这些热量再次加热大气，造成正反馈的加剧上升运动，最终形成强对流，云滴汇聚、下落成为强降水。

在气候变暖的大环境中，水汽含量上升导致潜在的热能增加，在上述正反馈效应推动下，大气中的对流运动会越来越剧烈，让极端天气更加频繁地出现。原本20年一遇的气象灾害，可以增至2—4年一遇。本轮华北强降雨，就与气候变化导致的极端天气加强密切相关。

如果以较为具体的机制分析华北强降雨的原因，中国气象局表示，是台风、高压、山脉的共同作用。台风带来了充足的水汽，“杜苏芮”残余环流携带的水汽与副热带高压外围水汽汇合，加上台风“卡努”的远程助力，三股水汽汇集在华北平原上空。高压方面，副热带高压、高压脊两个系统合并成高压“大坝”，阻挡了对流系统的前行道路，停滞在京津冀等地，导致超长强降雨。山脉方面，三股水汽到达太行山、燕山山脉前，受到地形抬升作用，形成极端强降水。

西北太平洋台风或继续向北扩张

本轮华北和东北的强降雨也反映出一个趋势：台风路径可能在向北扩张，这也是全球气候变暖导致的一个后果。

据介绍，台风属于热带气旋，是发生在热带和亚热带洋面上的高强度低压涡旋。这种热带风暴系统为何影响到了我国华北乃至东北地区？马建解释，其实1949至2019年，平均每年东北地区约受1.2个台风影响，2000年以后极端事件有激增的趋势。2020年短短半个月内，东北就遭受3个台风接连侵袭，这是历史上首次，为吉林、黑龙江和内蒙古东北部带来强风雨。

气候变暖所导致的海表升温是不均匀的，经预测，温带北太平洋升温较平均增暖更高，海洋蒸发更为剧烈，从而为大气提供了更多的水汽，并加剧了对流不稳定性。近期研究显示，1951—2019年期间，热带风暴平均路径所达纬度与海温具有显著的正相关关系，即随着海温升高，西北太平洋地区风暴活动逐渐向北迁移。这导致原本到达高纬度洋面会冷却减弱的台风继续发展，近年来愈加引发北方的极端天气。

除了平均气温升高、极端天气频发、海平面上升，气候变化还会带来其他后果，如热带昆虫进入温带，传播疾病；全球粮食减产，让更多人受到饥饿威胁。当然，气候变化的影响是复杂的，在局部地区可能有利也有弊。比如对我国来说，北方和西北地区的缺水问题可能得到缓解，一些沙漠干旱区域有望逐渐变成绿洲，更适合人类居住和作物生长。

人工智能将提升天气预报准确率

谈及强降雨预报可否更为精准的问题，马建说，这种预报涉及复杂系统的非线性过程，目前的准确率为70%—80%，我国与一些发达国家相比还有一些差距。“非线性过程的预测难度很大，因为在一个复杂系统中，我们无法通过线性的因果关系预测结果，一些看似微不足道的因素可能最终造成很大影响。”

混沌理论提出的“蝴蝶效应”就反映了这种难以预测的特点：“亚马孙河流域热带雨林中的一只蝴蝶扇动几下翅膀，可能在两周后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。”天气这种复杂系统的非线性特点，在1—2周这个时间尺度体现得最明显。这意味着，包括台风在内的未来1—2周天气预报最为困难，往往只能计算出降水概率，准确度不是很高。

强降雨预报尤其如此。降水是云物理学的研究对象之一，这个学科以大气物理学和大气动力学为基础，探讨大气中云的发生、发展、结构及其产生降水（如雨、雪、雹等）所遵循的物理和动力过程。目前，云内动力结构观测严重不足，云过程理论研究还不够完备，参数化方案的不确定性很大，尤其是经验公式对于极端情况涵盖度较低，难以对雨量大小做出精准预报。

值得期待的是，随着机器学习等人工智能技术的发展，天气预报的准确率有望得到提升。人工智能系统经过大数据训练后，在台风、强降雨等灾害天气预报方面的精准度正在超越纯粹的计算机数值模拟，将为我们的生活安全提供更有力保障。