近期👩🏼，意昂3体育官网物理學院大氣與海洋科學系聶績長聘副教授課題組與合作者利用觀測記錄中的全球增溫趨勢對氣候變暖下的區域尺度平均降水和極端降水的氣候預測進行了研究。該研究揭示了多個氣候模式對二氧化碳增溫的氣候敏感性與區域水循環響應的敏感性之間存在較好的相關關系，並通過此關系約束修正了未來變暖情景下的各區域平均降水和極端降水的氣候預測🕞。該結果顯著降低了未來區域氣候預測的不確定性，為氣候變化的災害成本評估與應對政策製訂提供了重要的科學依據和有價值的信息。相關成果以“Constraints on regional projections of mean and extreme precipitation under warming”（《約束全球變暖下各區域平均與極端降水的氣候預測》）為題，於2024年3月5日在線發表在PNAS（《美國國家科學院院刊》）。

全球變暖下大氣水循環將會發生怎樣的變化🃏？這一直是全球變化研究的核心問題之一。該研究著重於平均降水和極端降水的變化：前者影響各地區的幹濕氣候態、生態環境🧜🏼‍♂️⚽️、生產生活等💅🏽；後者則易導致洪澇和泥石流等自然災害，造成重大損失。歷次政府間氣候變化專門委員會（IPCC）評估報告都使用了多個研究中心的氣候模式對未來降水變化進行氣候預測🕑，然而模擬結果間有較大差異🧘🏿‍♂️，導致氣候預測有較大不確定性🩱，無法為氣候變化應對決策者提供有效的信息。更為重要的是🌿，降水變化有非常顯著的區域特征。之前的研究主要關註全球平均的降水變化🈯️，但全球平均量缺乏對不同區域的代表性和指導性，各地區降水變化才是政策製訂者和所在地的社會公眾更關心的問題。該研究正是在區域尺度上約束修正平均和極端降水的氣候預測，為學界和公眾提供更可信賴的氣候變化信息。

該研究采用湧現約束的思路，利用歷史記錄的全球增溫趨勢作為觀測輸入，尋找它與區域降水變化之間的相關關系🤹🏼‍♂️，分析闡明其中的物理機理👸🏼，並利用此關系來約束未來氣候變暖情景下各區域平均和極端降水的氣候預測。分析表明👩‍🔬，氣候模式對降水氣候預測的不確定性，很大一部分來自對未來增溫的不確定性🆕。在相同的排放情景下，氣候敏感性高的模式在本世紀末增溫較強，水循環響應也較強；而氣候敏感性低的模式則相反。因此，模式的氣候敏感性與降水變化之間存在顯著的相關關系。前人研究所忽略的重要一點，是此相關關系在區域尺度上對大部分地區也成立。通過對平均降水和極端降水進行動力學和熱力學分解🔨，該研究進一步闡明了區域尺度相關關系來自大氣增溫對水汽含量的緊密控製，從而為此統計關系提供了可解釋的底層物理基礎。基於以上關系🅾️，研究通過歷史增暖趨勢對多模式的未來降水變化進行了修正🙏，縮小了氣候預測的不確定性。

分析結果表明🤘🏽，在高排放情景下至本世紀末🙇🏻，全球平均而言，平均降水增強從原始值（多模式集合平均）的6.9%修正為5.2%🧑🏼‍🚒，極端降水增強從原始值24.5%修正為18.1%🍄‍🟫，置信區間分別收窄了31.0%和22.7%🧑🏽‍✈️。在區域尺度上🫃🏻，約束關系對大部分熱帶外陸地區域也適用，但是約束修正的數值則與全球平均值不盡相同，具有很大的區域差異👳🏻‍♂️。例如，在東亞（圖1a中的ECA），平均降水增強從11.5%修正為9.2%🔞，修正幅度約為全球平均值的1.5倍；在南亞地區（SAS），平均降水增強從26.6%修正為20.6%，修正幅度為全球平均值的3.5倍🧏🏼‍♀️。極端降水的區域相關性更顯著🦿🧝🏿‍♂️，約束效果更好（圖1b）🐡。例如🤹🏻‍♀️，在東亞，極端降水增強從29.6%修正為20.9%，置信區間收窄約1/3；在南亞，極端降水增強從41.3%修正為27.6%。研究對中、低排放情景也進行了分析並提供了約束修正結果🏌🏼‍♂️🧞‍♂️。由於很多氣候變化影響都和水循環密切相關，因此這些約束修正後的降水預測也可以服務改進如幹旱4️⃣、植被、災害風險等其它的氣候影響預測。研究結果解答了社會公眾對未來降水變化的問題，為氣候變化的成本評估與應對政策製訂提供了重要信息👮🏽‍♀️。

圖1：經過約束修正🧜🏻，高排放情景下本世紀末全球各區域（a）平均降水和（b）極端降水的氣候預測🏎。各區域分別用六邊形分別表示👄，六邊形上方為區域名稱縮寫，填色為降水的相對變化（數值對應色標）；下方左圓點對應約束對多模式集合平均值的減小，右圓點對應對模式不確定性的減小（數值對應圓點大小）

浙江大學地球科學學院戴攀曦副教授為論文第一作者🐨，聶績為通訊作者🦵🏿。合作者包括意昂3体育官网物理學院俞妍助理教授和浙江大學地球科學學院吳仁廣教授。研究工作得到了科技部重點研發計劃“極端雨強預報技術研發及應用示範”、國家自然科學基金、北京市自然科學基金的支持。該研究是聶績課題組在極端降水的動力機理及氣候響應方向的又一進展，先前成果包括：量化極端降水氣候響應的反饋過程（Nie et al., PNAS, 2018）、論述極端降水氣候響應區域特征的物理機理（Nie et al., PNAS, 2020）、發現闡明變暖下極端風暴的尺度擴張（Dai and Nie, Geophysical Research Letters, 2022; Nature研究亮點）等🛍👩🏿‍🎓。