“故事情节”模拟可以衡量全球变暖在极端天气事件中的作用

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就在几周前，风暴“鲍里斯”带来的大量降水导致中欧和东欧陷入混乱和洪水泛滥。阿尔弗雷德·韦格纳研究所的分析显示，如果没有目前的全球变暖水平，鲍里斯带来的降雨量将减少约 9%。
此类结论的得出得益于一种名为“故事情节”的新建模方法。《通讯地球与环境》介绍了如何在近实时情况下使用这种方法。与此同时， AWI 团队发布了一款免费的在线工具，让用户可以识别当前极端天气事件中气候变化的痕迹，并创建自己的对比图。
9 月中旬，风暴“鲍里斯”给波兰、捷克共和国、奥地利和罗马尼亚带来了暴雨和严重洪水。在许多受灾地区，这是有史以来五天内降雨量最大的一次。至少有 27 人丧生，无数家庭被迫离开家园。
与此同时，情况有所改善，清理工作正在昼夜不停地进行。但下一次极端天气，这次发生在西班牙，已经令人担忧。一次又一次，公众、政治和媒体论坛上出现了一个核心问题：这场灾难是由全球气候变化造成的吗？
“过去几年，科学已经能够对这个绝对合理的问题提供强有力的答案，”主要作者、亥姆霍兹极地和海洋研究中心阿尔弗雷德韦格纳研究所气候动力学部门的物理学家 Marylou Athanase 博士说。
“早在某个事件发生后一两周，就可以使用所谓的概率归因研究来得出初步结论，即该事件在多大程度上可能是由气候变化引起的。”
唯一的问题是：概率往往有些难以捉摸，尤其是当它们与具体和异常的现实世界事件相冲突时。在与公众和决策者的外部沟通方面，科学界从未有过一种工具能够以令人印象深刻但又易于理解的方式展示全球气候变化对当地实际天气的影响。
“这就是为什么我们 AWI 如此努力地推进一种全新方式——‘故事情节’方法，”气候动力学部门的物理学家兼这项研究的共同主要作者 Antonio Sánchez-Benítez 博士解释道。
“本质上，我们应用‘如果……会怎样？’原则。在没有气候变化的世界里，一场特定的灾难会是什么样子？在气候更暖的情况下又会怎样？通过将假设情景与现实进行比较，我们可以非常清楚地识别出气候变化的痕迹——不仅是极端天气事件，还有日常天气。”
以风暴鲍里斯为例，AWI 专家现已展示了新方法的效果。对比两种情景，我们发现：如果没有全球变暖，鲍里斯带来的降雨量将减少约 9%。
但实际上，在从地中海东部和黑海向中欧移动的过程中，这场风暴之所以能够增强强度，是因为水温比工业化前水平高出大约两摄氏度，这意味着该地区上空空气中的水蒸气百分比相应更高。
虽然 9% 听起来似乎不多，但说到暴雨的后果，总是取决于地表上聚集了多少水以及这些水都流向了哪里——河流、水坝或污水处理系统能否容纳这些水，或者这些水是否会溢出，从而造成巨大破坏？
但是专家们如何将主要针对长期趋势设计的气候模型模拟与当地实际天气联系起来呢？“一个重要方面就是所谓的‘推动’，”气候物理学家、AWI 故事情节研究团队负责人 Helge Gößling 博士解释道。
“气候模型通常模拟特定的、准随机的天气条件序列，这与其编程所基于的物理定律一致。为了识别气候差异，您需要查看平均值和分布是否会在很长一段时间内随着相应大量的天气条件而发生变化。
“同样，在天气模型中，几周后模拟的条件与现实情况几乎没有什么关系；实际天气只能在有限的范围内预测。通过‘推动’，我们为模型提供实际观察到的风数据，包括急流等现象，我们将模型稍微推向实际观察到的风的方向。通过这种方式，我们可以准确地再现真实气候中的真实天气。
“然后，我们改变模型的背景气候，例如通过降低温室气体浓度和调整其他方面，将其改变为未受气候变化影响的世界，然后重复实验。”
所用模型是 AWI 气候模型的 CMIP6 版本，该模型也是 IPCC 第六次评估报告的基础数据之一。输入模型的风数据来自欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 制作的 ERA5 再分析。
“我们已经实现了系统自动化，德国气候计算中心 (DKRZ) 的超级计算机上每天都会运行当前天气分析，”Marylou Athanase 说道。
“随后，数据被传输到 AWI 服务器上运行的在线工具中，所有人都可以通过https://climate-storylines.awi.de免费访问。分析在‘实时’上延迟三天，之后即可在线获取。”
“因此，感兴趣的用户可以随时登录，以交互式地图和时间线的形式，近乎实时地查看全球极端天气和日常天气的‘每日气候变化信号’，不过目前，只有自 2024 年 1 月 1 日以来的温度和降水数据可用。
“我们的目标是促进人们更好地理解气候变化与极端天气事件之间的联系，并提供具体、及时的答案，这些答案也可用于媒体对这些事件的报道。”