热浪、洪灾与气候变化：我们正在摸着昨天的石头过今天的河

2021年北半球的夏天，新型冠状病毒造成的大流行疫情还笼罩全球，太平洋彼岸的热浪才刚刚消退，欧洲又传来了洪灾的消息，造成巨大的生命和财产损失。国内也并不风平浪静——7月20日，郑州特大暴雨，中央气象台公布的24小时雨量达到了622.7毫米，16时-17时最大降雨量达201.9毫米，突破中国大陆小时降雨量历史极值，造成严重的城市内涝。面对罕见的灾害，相信全世界的人都不禁要问，我们的气候怎么了？

摸着石头过河

关于改革开放，中国人经常会形象地称之为“摸着石头过河”。这是一种可贵的科学的工作方法，是从实践中总结经验、再用于指导实践的一个辩证过程——我们的气候和水文科学也是如此。对过去经验的理解，是我们开展现在的研究、指导未来管理的基础。

因此，气候和水文科学领域的知识，很大程度上离不开对过去的观测。完备的、长期的气象和水文资料，是气候和水文科学进步的不可或缺的生产资料。然而在这一点上，由于历史原因，中国的科学家实际上面临着现实的劣势。以降雨为例，中国最早的完整长序列资料大约可以追溯至1870年（北京），而全国的一定规模的气象记录只能追溯至上世纪50年代，作为对比，英国的降雨资料最早甚至可以追溯至1767年（牛津）。

百年一遇、千年一遇

在气候和水文领域，我们经常可以看到“百年一遇”、“千年一遇”等等说法。很多人把这些说法理解成为每一百年就要发生一次、每一千年就要发生一次某某事件。然而实际上，这里说的是事件的重现期，是一种概率。重现期100年或者1000年的事件，指一年中大约有1/100或者1/1000的可能发生这一事件。例如，千年一遇的高温天气，指的是每年有1/1000的概率发生这种高温事件。

这种概率是怎么计算出来的？这就是我们说的“摸着石头过河”。历史上的统计资料，可以让我们估算出某一事件每年有多少发生的概率。我们还是以降水为例，某一强度降雨发生的概率，可以根据过去长时间观测记录中该强度降雨发生的次数估算出来。

这看起来似乎很容易，但有一个难为科学家的地方——那就是重现期超过了资料期限的事件，应该如何估算其概率？这就要用到统计学上的一种叫做“外推”的方法，即通过已知的信息和规律，推导到未知的领域。这种推算的准确度，很大程度取决于方法的准确性和样本资料的代表性，而具体的方法现在依然是科学界不断探索的方向。

1.5度到2.0度

地球在从太阳光照中获取巨大能量的同时，地表将能量反射回太空。大气层的存在就像一个大毛毯，阻挡了热量的快速散发，从而保证地球处在一个适宜的温度。但是工业化革命以来，随着全球煤炭、石油等化石能源不断消耗，人类生产生活不断制造和排放温室气体，包括二氧化碳、甲烷等。更多的温室气体会阻挡更多的热量散发，从而使得地球表面的温度升高。

气候变暖给地球系统带来了深远的影响，可以引发粮食安全、水资源短缺、贫困、洪灾、干旱、物种灭绝、公共健康、暴力冲突等等诸多问题。因此，2016年生效的《巴黎气候公约》制定了至本世纪末，控制全球升温不超过2摄氏度、力争不超过1.5度的全球目标。1.5度和2度之间仅相差0.5度，但后者的影响却要大得多，例如有文献报道，2度升温带来的极端热浪影响会高出1.5度的2.6倍。

2018年10月，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布《全球升温 1.5ºC 特别报告》指出，到本世纪末，全球升温幅度必须控制在1.5摄氏度以内，否则2030年后全球将会迎来毁灭性的极端气候，给人类社会和生态系统带来沉重打击。然而，尽管疫情带来了经济大封锁，2020年全球碳排放有所降低，但大气中的二氧化碳浓度还在上升，全球地表平均气温较1850-1990年已经高出1.2（±0.1）摄氏度——我们距离1.5度的目标仅剩0.2度！

摸着昨天的石头过今天的河

地球变暖和我们前面说的极端天气有什么关系？这需要从两个方面来分析。一方面，全球变暖导致地球大气系统的不稳定性增加，空气升温可以保持更多的水汽，更加容易极端强降雨等灾害事件；另一方面，气候变暖引发地球大气圈、水圈等层面的状态变化，带来更大的不确定性——我们摸过的“石头”已经不一定还是今天的“石头”。

前文说过，我们的气象和水文科学依赖过去的观测记录，我们的科学家所做的推算，一个重要的前提假设就是这些系统存在一个稳定的波动范围。全球变暖带来的地球系统变化，再加上全球人口增长、土地利用方式的快速变化，正在打破这种稳定性（stationarity）。我们从过去经验中建立起来的认知体系，可能已经并不能完美应对今天的情形。换句话说，我们摸过的昨天的石头，已经不一定能帮助我们渡过今天的这条河。

我们需要做什么

面对气候变化背景下更高的灾害风险，面对这条“新河”，我们需要做的很多，但是简单来说可以理解为需要增强我们整个社会的“韧性”，从而在面对自然灾害对社会系统造成扰动时，更好、更快得恢复到稳定状态。

在洪水风险管理中，风险等于洪灾发生的可能性乘以洪灾造成的损失。从这个角度，我们不难看出，降低灾害风险，一方面要依靠基础设施建设，例如防洪设施、排水设施、环境监测设施等等，从而减少灾害发生的可能性；另一方面要依靠社会管理的体制能力建设，包括预测预警、工程调度、抢险救灾、资产管理等等，从而减少灾害造成的损失。而要实现这两个层面的目标，都需要依靠我们扎实的知识体系，也就是我们的基础研究以及信息管理。

作为普通人的我们可以做什么

很多人似乎觉得前面说的这些和我们普通人的生活离得很远，然而实际上并不是。在降低自身面临的灾害风险方面，虽然个人在减少自然灾害发生方面能做的可能很少，但是我们可以从减轻灾害造成的损失做起，例如关注气象灾害预警信息、购买自然灾害保险、掌握灾害发生时的自救知识、应对灾情时互相帮助等等，这些实际上都是在增加个人和家庭的“韧性”。

在应对气候变化方面，一些国家层面的能源政策、去碳措施固然很重要，我们每个人贡献的力量也可以聚沙成塔，不容小觑。我们每个人的每个行为都会产生碳排放，也就是我们说的“碳足迹”。虽然要求每人不产生“碳足迹”完全不现实，但是减少个人的碳排放还是非常容易的，我们可以从一些小事做起，例如少使用一次性物品、少买一件衣服、少开一次车、少坐一次飞机、少吃一顿肉、少喝一杯咖啡等等。2020年9月，中国在联合国大会上庄重地承诺，要在2030年前达到碳排放峰值，在2060年前实现碳中和，但目前我们的能源结构中化石能源依然占据主要地位，是全球最大的碳排放国，需要我们每个人共同努力减排。