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华北暴雨或已不再是小概率事件

2012年的7.21特大暴雨,2016年的7.20特大暴雨,让人们领教的极端天气的威力。但是在很多人心目中,这样的极端天气毕竟是小概率事件。实际上这不仅仅是人们的印象,在气象意义上,这样规模的降雨量,也是要用50年一遇,100年一遇来形容。

但是说50年,100年,好像总是腰杆不够硬,这接连的两场暴雨,明明只隔了四年。而且2016年的暴雨,实际上要远远超过2012年的规模。

从北京气象台发布的2012年721暴雨和2016年720暴雨的雨量对比图上可以看出,深红色区域为250毫米以上,紫色区域为100毫米以上,蓝色区域为50毫米以上。

2016年720暴雨的特大暴雨区、大暴雨区范围更大,全市平均、城区平均雨量更大,持续时间长达40小时以上。2012年721暴雨则持续不到24小时。在最大点雨量上,2012年721暴雨高于2016年720暴雨。

而且2016年的这场暴雨不仅仅是影响北京,还影响了华中、华北、东北,几乎覆盖了整个河北省,山西省,整个北京市和天津市,波及了河南大部、山东中西部。

那么这两场暴雨过后,是意味着这样50年-100年一遇的小概率事件会越来越少,还是越来越多。答案似乎是后者。

实际上,就在2012年7月21-22日,京津冀一带的7.21特大暴雨过后,中国科学院大气物理研究所裴琳、夏江江、严中伟和杨辉就着手从气候变化的角度分析该类极端事件的发生概率及其演变规律。

他们基于长期降水观测记录,验证了华北一带发生极端暴雨的概率与太平洋年代际涛动(Pacific decadal oscillation,简称PDO)的联系。

近50多年来,北京共发生7-21暴雨级别或更极端的降水事件共5次,均发生在PDO的负位相时期。

decadal 就是10年际的意思,如果说厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)属于年际变化的话,PDO这种年代际尺度的变化就是以10年为单位的。

太平洋年代际涛动,是发生在北太平洋海洋大气系统的大尺度低频振荡,表现为当北太平洋中部海面温度异常增暖(冷却)时,热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却(增暖)。

由于北太平洋及其周边区域许多海洋大气过程和气候事件都一定程度上与PDO的暖位相或者冷位相相联系,甚至北半球大气环流异常也受到其状态变化的影响。

这一现象是1996年Steven R. Hare等人发现的,并将其命名为“拉马德雷”现象,“拉马德雷”在拉丁语中的意思是“母亲”,也就是说,

“太平洋年代际振荡”被看作是“厄尔尼诺”和“拉尼娜”的“母亲”。

目前普遍认为,PDO具有15-25年和50-70年两个显著周期。

PDO在1940年代从正位相转变为负位相,北太平洋海表温度升高,热带东太平洋和南印度洋温度降低。东亚区域,中国东部低层表现为偏南风增强,即夏季风增强。中国东部夏季降水表现为长江流域降水减少而华北和华南降水增多。

以上大部分特征在1970年代均发生了同1940年代相反的变化。

中国科学院大气物理研究所于雷、郜永祺等人曾经发现,中国在70年代出现的“南涝北旱”现象就受到PDO影响。他们通过分析近百年的观测资料发现,当PDO处于正位相期间,我国华北地区降水较常年偏少而长江中下游一带则偏多。

进一步分析表明当PDO处于正位相期间,冬季副热带太平洋东部的海温暖异常可以传递到热带东太平洋区域,引起热带东太平洋海温变暖。

后者导致该区域大气上升运动增强以及相对应的西太平洋区域下沉运动增强,使得年代际尺度上西太平洋副高西伸增强,阻挡了水汽向北的输送。

而在PDO负位相期间,则情况相反,东部季风区北部(华北、西北地区)、南部(华南、东南地区)降水量异常偏少,而中部(华东、长江中下游地区)降水量异常偏多。

这一模式,就可以解释20世纪70年代中后期至90年代末期的“南涝北旱”,也适用于20世纪早期的PDO正位相期间(1925-1945年)同样出现的华北降水偏少而长江中下游降水偏多的降水异常分布。

在1976-1977年PDO进入正位相后,到本世纪初开始逐渐进入负位相。

根据裴琳等人的统计分析,PDO负位相期间,类似7.21暴雨的极端天气事件的回归期平均为8年,最短可达5年,即华北发生类7-21暴雨事件的概率可达约5年一遇;而PDO正位相时期,此类极端事件的概率大为减小,约40年一遇。

这是由于在PDO负位相时期夏季华北一带极端南风环流形势较为频发,从而有利于发生极端降水事件。

因此他们预期,在未来一段时期内,华北一带将每隔数年就遭遇一次类似7-21特大暴雨的灾害性事件。

当他们在国际气候变化研究领域顶级刊物之一《Climatic Change》发表上述研究后不久,2016年7月20日华北再次遭遇特大暴雨,为该研究增添了一个适时的注脚。

这可能是华北丰水期重来的信号。对此要早做准备,更可以善加利用。

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