2018年10月，联合国发布了最新的气候报告，认为极端天气将在全球范围内更频繁地出现。2019年1月30日，异常强大的寒流席卷美国中西部，极寒天气导致了学校停课、交通瘫痪等恶劣影响，并造成多人伤亡。
频发的极端天气到底是如何形成的？
极端天气的增加将给人类社会造成什么影响？
人们又应如何应对呢？
极端天气是什么？
极端天气又被称为“极端天气气候事件”，是指那些在特定的区域和时间内发生的极其少见的，对生命、财产和社会可能造成巨大危害和损失的异常天气现象或天气事件。
常见的极端天气有台风、暴雨、热浪、寒潮、龙卷风、冰雹、闪电、雪暴、干旱、洪涝、大雾等。从发生概率来讲，相对于可大量观测到的天气而言，极端天气事件的发生概率一般不超过5%。如果某个类型的极端天气持续时间较长，比如一个月、一个季节，就被称作极端气候事件（如某一区域长时间降水极少形成的干旱）。
有关资料分析显示，自1950年以来，全球的极端天气出现频率都在增加，特别是近10年来严寒冰冻天气的发生频率呈明显上升趋势。2008年以来，冬季强冷空气活动频繁，暴雪、冰冻等灾害性天气几乎每年都在世界各地发生。
2008年1月16日中国南方暴雪中的城市
（摄影/陈星）
2011年2月美国中部劳伦斯暴雪过后
（摄影/陈星）
2018年，整个北半球“高烧”不退，极端高温热浪事件增加，中国经历了有记录以来最热的夏天，中央气象台史上首次连续33天发布高温预警；这一年，先后有4个强台风登陆中国，全国汛期极端强降水事件增加，城市洪涝灾害风险增大。
洪灾中的中国城市
极端天气从哪儿来？
为什么在全球气候变暖的大背景下，极端天气事件会增加？极端高温热浪出现的同时，为什么还会出现极端严寒和强降雪、强降温天气？全球变暖到底有着怎样的具体内涵和系统影响？要回答这些问题，需要认识气候变化的规律和事实。
地球气候的历史表明，气候的冷暖变化有其自然规律，在寒冷和温暖气候背景下都会有不同的极端天气发生。影响地球气候变化的最根本原因是太阳辐射，以及地球轨道参数变化造成的太阳辐射在地球上的分布差异及变化。
同时，地球系统内部各个圈层的相互作用也可能引起天气和气候异常。我们知道，地球系统包括五个自然圈层：大气圈、岩石圈、水（海洋）圈、冰雪圈和生物圈。上述这些圈层的相互作用、反馈过程以及人类活动，对地球天气和气候的变化都具有重要作用。
决定地球气候稳定态的最基本机制是：赤道受到很强的太阳辐射的加热，多余的热量通过大气和海洋环流被输送到远离赤道的受太阳辐射较小的地方（也就是高纬度和极地地区），使得这些地区和赤道地区的温差减小，并维持在一个相对稳定的状态，形成特定的大气环流系统。
但是，除了纬度因素以外，地球表面的组成非常复杂，海洋、山脉、沙漠、森林、草原、城市等都表现出不同的热力和动力特性，使得太阳辐射对地表的加热极不均匀，从而形成更为复杂的局地大气环流。各种天气就是在这样的背景下形成的，而极端天气也是这些复杂因素共同作用的结果。
在这种复杂背景下，加之人类活动对地球环境的改变，例如温室气体的人为排放、土地利用对地球表面特征的改变（如森林砍伐、沙漠化、城市化等），地球的大气环流系统也随之发生了变化，最终导致异常和极端天气的发生。
人类活动对自然环境的破坏
例如，2018年2月北极圈遭极端暖流入侵，出现罕见的升温，就是因为中纬度环流系统异常强大，将暖空气输送到北极圈内，造成了短时间的气温异常升高；紧接着，3月寒流又横扫欧洲多国，致60余人遇难。这种“暖”和“冷”的巨大反差正是由大气环流异常造成的，而这种异常反映了中低纬度的暖空气与极地的冷空气在强度和空间上的“对抗”，这也是许多极端天气和气候发生的基本机制之一。下面的北半球大气环流演变示意图就是大气环流变化的两种形态。全球变暖则可能加剧后一环流型出现的频率和强度，而使高低纬度地区的冷暖变化加剧。
北半球大气环流示意图
上图：非异常气候时，气流平直，不利于南北气流的交换，保持南暖北冷的基本格局。
下图：气候异常使气流在经线方向的变化加强，有利于南北冷暖气流交换，此时中低纬度的暖空气可以长驱直入到本应较为寒冷的高纬度和极圈，造成异常升温；与此同时，极地冷空气也可大举南下，造成中纬度地区的严寒降温。
全球变暖增强了冷暖气团之间的对比，并激发了更强烈的大气水平和垂直运动，总体上来说还会增加海陆、不同地表之间的热力差异，增加海洋湖泊等水体的水汽蒸发，使大气中水汽含量增加，进而有利于形成降水。而大气中水汽凝结时释放出的大量潜热则有助于增强大气的不稳定性和强对流，进而促进强烈天气现象的发生。
全球变暖还可能使区域性极端天气加剧。如2018年11月，由于受前期高温少雨影响，美国加利福尼亚州爆发山火，这场山火刷新了全美山火致死和毁坏程度纪录，这就与大气环流的剧烈变化有关。虽然美国加利福尼亚州所处地区的气象条件本就极易发生山火，但是全球气候变化可能会进一步强化这些条件，更易于极端天气的发生。2017年12月美国加利福尼亚州也曾发生山火。
2017年12月美国加利福尼亚州因圣安娜风（干热风）引发山火
（摄影/柳杰琪）
山火后一片焦土（摄影/柳杰琪）
因此，全球变暖是许多极端天气发生的重要原因之一。有关资料分析已经表明，全球变暖可能导致中国强降水、高温热浪、台风强度和登陆频率增加，同时冬季严寒暴雪等极端天气强度和频率也会增加。
极端天气如何面对？
一方面，我们要认识到极端天气现象是一种自然现象，需要客观面对。虽然目前人类对气候变化与极端天气之间关系的认识还是有限的，但随着科学研究和探测技术的发展，科学家们在大量观测资料的基础上进行深入的研究，可以较好地揭示极端天气发生的机制，做出有效的预警和预报。
另一方面，我们也要意识到人类活动可能产生的潜在影响，努力减缓气候变暖趋势。如尽可能减少温室气体排放，合理利用土地资源，减少对地球自然植被的破坏；科学规划城市用地面积和布局，降低城市的热岛效应。
此外，我们还应增强减灾意识，健全各种应急与预防体系，做好各种极端天气的应对措施，最大限度地减少极端天气造成的各种灾害损失。
本文转载自：地震三点通
撰文/陈星（南京大学大气科学学院教授、气象学系副主任）
