致命热浪?华北平原地区末或将不再宜居丨麻省

麻省理工 2018-10-29 14:45:44

  在刚刚过去的七月,全球各大城市似乎在参加一场“高温赛跑”,四大洲的各个国家都竞相打破了自己的高温纪录:根据美国国家海洋和大气管理局的数据,在过去的 30 天里,全球出现了 3,092 个新的高温记录,159 个新的月度记录和 55 个全球历史气温高度。

  仅在美国,同期就有 1,542 个新的高温记录,85 个新的月高温记录和 23 个历史最高气温记录。在日本,致命洪水之后的热浪创造了 41.1°C 的全国气温纪录。而根据韩国气象局的数据,韩国在 8 月 1 日创造了 40.7°C 的历史最高气温纪录。

  热浪同样席卷中国,截止到今天,中央气象台连续第 20 天发布高温预警,内蒙、辽宁、、天津最高气温冲上 40°C,武汉 7 月连热则打破了 67 年的纪录,山东济南刷新 10 年最高气温纪录。今天,也继续发布高温预警信号,预计 8 月 3 日至 5 日,大部分地区最高气温将达 35℃以上。

  根据麻省理工学院研究团队 7 月 31 日发表的一项研究,其预测模型显示,传统农业区的农田灌溉行为会加剧温室效应的影响,如果不采取严厉措施来改良灌溉方式或温室气体的排放,中国人口最密集、以农业为主的华北平原区域将会遭受对人类而言最具性的热浪的袭击,华北平原这世界上人口最多的农业地区将会在末不适宜人类。

  这项由麻省理工学院的 Eltih Eltahir 以及新加坡-麻省理工学院 研究与技术联盟的 Suchul Kang 完成的最新发现,发表在近期的《自然通讯》上。

  该研究也团队项目里的第三个,前两项主要研究波斯湾和南亚地区的致命热浪,这两个地方的危急情况也迫在眉睫,但此次的新研究表明,华北平原气温升高对人类生命的风险高于地球任何其它地方。

  按照常识,人类文明以农业而生,农民日出而作、日落而息、安土重迁,因此也就形成了诸如欧洲、东亚和等适宜人类文明发展的“应许之地”。农业文明发达的中国华北平原区域为何会“落到如此境地”?

  具体来讲,中国华北平原土地肥沃,但气候干燥,和美国部地区相当类似,于是每到春季干旱时节,或大水漫灌、或喷灌滴灌等人工灌溉就成了保障农业发展必不可少的措施。但问题在于,过度的灌溉会使水分大量蒸发至空气中,导致空气湿度较高,并使温度应力恶化,进而使该区域对热量上升的承受力较差,最终是该区域热浪爆发的风险大为上升。

  “结果显示要比另外两个区域严重,”水文气候学及土木与工程学教授 Eltahir 说道。研究人员之所以挑选这三个区域,是因为过去的记录表明那里的温度和湿度水平比地球其它地方都更为极端。有一些风险因素很明显,比如位于山谷或者临近温暖的海洋。“但我们还没有明确的理论来预测这些全球热点的,”他解释说。根据过去的气候数据经验,“亚洲是最突出的,”他说。

  虽然波斯湾的研究发现了一些更极端的温度,但它们仅出现在波斯湾水域范围内,而非陆地区域。而华北平原则不同,“这是人们居住的地方,”Eltahir 说。

  就我们每个人日常生活中所获取的生活经验和切身感受来说,超过一定的温度和湿度阈值,人类就无法在没有的户外长期。而确定炎热天气是否宜居的关键指标正是湿球温度(Wet-bulb temperature),这是一个综合考虑温度与湿度的参数。

  图丨三种不同参数下极端湿球温度时空分布模拟。图中IRR代表灌溉面积参数,NCP代表华北平原极端参数

  湿球温度的测量是用湿纱布包裹温度计的液泡(或传感器),这样水分蒸发就能冷却温度计的液泡。湿度为 100% 时,水不能蒸发,此时湿球温度等于实际温度。

  这种测量实际上反映了极端温度对户外中的人的影响,它取决于人体通过汗液蒸发而散热的能力。研究表明,湿球温度为 35 摄氏度时,健康的人无法在户外 6 小时以上。新研究表明,如果温室气体的排放维持不变,到 2070 至 2100 年,华北平原的湿球温度将达到阈值的几倍。

  “这里将成为未来致命热浪最多的地方,尤其在气候变化的条件下,”Eltahir 说。未来的迹象已经开始:过去 50 年来,华北平原的极端热浪已经大幅增加,该地的温度上升速度也是全球平均水平的两倍。

  过去的半个世纪以来,华北平原每十年温度上升 0.24 摄氏度,而全球平均的数字仅为 0.13 摄氏度。2013 年,华北平原的极端热浪持续了 50 天,最高温度到达 38 摄氏度。2006 年和 2013 年出现的热量均打破了记录。中国东部最大城市上海在 2013 年打破了 141 年来的最高温度记录,并导致数十人因高温死亡。

  为了完成预测,Eltahir 和 Kang 在过去 30 年里对华北平原 4000 平方公里的区域进行了详细的气候模型模拟。随后,他们选择了与过去时间段内的实际观察条件匹配得最好的模型,并且用这些模型来预测最后 30 年的未来气候。

  他们使用了两种不同的未来情景:一种是没有采取措施减少温室气体排放;一种是根据联合国间气候变化专门委员会(IPCC)制定的标准方案来减少排放量。每种场景又有两种不同运行方式:一种考虑灌溉的影响,一种不考虑。

  其中令人意外的一项发现是灌溉的重大影响——平均而言,灌溉会使该区域整体的温度上升增加 0.5 摄氏度。这是因为,虽然空气中的额外水分会在地表产生局部冷却效果,但它不足以弥补高湿度带来的温度应力增加,而且水蒸气本身作为一种强效温室气体也会使整体的空气升温。

  “灌溉加剧了气候变化的效力,” Eltahir 说。实际上,根据研究人员的报告,模型预测出的灌溉与气候变化的综合效力要强于二者单独效力的总和,其原因仍需进一步研究。

  研究人员在文章中写道,最重要的是要通过降低温室气体排放量来减少类似极端条件发生的可能性。他们总结说:“中国是目前温室气体排放最多的国家,对中国人口可能会产生严重影响。目前排放模式的延续可能会这个地球上人口最密集区域的条件。”

  8 月 2 日,中国国家能源局发布了《2018 年上半年光伏建设运行情况》,指出在 2018 年上半年,中国光伏发电新增装机 2430.6 万千瓦,截至 2018 年 6 月底,全国光伏发电装机容量达到 15451 万千瓦。

  中国是全球最大的太阳能市场。根据罗斯公司的数据,2017 年中国光伏装机容量约为 130 吉瓦,远远超过美国的 60 吉瓦和日本的约 46 吉瓦。装机量、出口量、制造能力增长及创新,无论从哪种方式来讲,中国的太阳能产业让全世界印象深刻。

  此外,中国正在为“领跑者计划”运行的太阳能拍卖,旨在鼓励大规模、高效率的太阳能项目。由于制造效率提高和价格下降的驱动,未经补贴的太阳能成本与传统能源相比已具有竞争力。在未来,中国太阳能可能平价上网,为更多地区提供绿色能源。

  而关于麻省理工学院这项研究,自然也出现了一些不同的声音,苏黎世联邦理工学院 (ETH Zurich) 大气与气候科学教授 Christoph Schauer 就表示:“这是一项可靠的研究,扩展和完善了一些关于人类行为对气候的影响及其在热浪中的作用的研究。报告着重指出了随着气候变化事件出现频率的有增无减,人类需要提前布局一些适应的措施来迎接恶劣气候变化所带来的灾难后果。”

  但 Schauer 补充说,尽管有大量表明,气候变化已开始影响热浪的频率和强度,但跨越近一个世纪维度的气候预测本身就意味着相当大的不确定性,所有的结果还有待于进一步研究。