杨煜达：全球变暖与极端气候灾害
【编者按】自上世纪90年代以来，有关全球变暖的争论愈演愈烈，至今已经成为一个重要的政治与生态话题。“复旦通识”组织“全球变暖”系列，邀请不同高校相关学科的教师撰文，从各自的专业领域与学术兴趣出发，围绕全球变暖这一席卷国际政治和社会舆论的重大公共议题，进行不同角度的观察与讨论，思考“人类命运共同体”将如何面对这一可能即将席卷全球的危机。以下是复旦大学中国历史地理研究中心教授杨煜达教授的文章《全球变暖与极端气候灾害》。
一、全球变暖下的科学问题
自1980年代以来，全球变暖的加剧已不仅仅是科学家关心的问题，而日益成为国际社会关注的焦点。人们也从自己的亲身感受中，体验到了气候的变暖。从上海来说，刚过去的2019年冬季是自1873年有观测记录以来最暖的一个冬天，整个冬季竟然没有低于0℃的低温。夏天的热浪，则年甚一年。根据徐家汇气象站观测资料，2013年，高温天气47天，最高温度达40.8℃（8月7日），2017年最高气温竟达40.9℃（7月21日），再次更新了高温记录。大家普遍担心，进一步的全球变暖，会带来什么样的可怕后果。
这些年来极端气候灾害不断发生，据2019年新浪网报道，美国在过去10年里极端天气灾害包括飓风、暴风雪、干旱等聚集性增加，一些科学家认为这可以归咎于气候变暖导致的反常。更远一点看，1998-2001年亚洲中部和南部的持续干旱导致农作物大面积歉收；2015年的欧洲高温热浪事件导致交通和电力供应异常。在中国，人们对1998年的长江流域大洪水、2006年的西南大旱以及2008年冬季的南方雨雪灾害事件还记忆尤新。根据2017年的《全球气候风险指数报告》，1996-2015年间共发生近11000极端气候事件，造成了超过528000人死亡和3.08万亿美元财产损失。
IPCC第五次评估报告给出了极端气候事件定义：“极端天气气候事件是一年中在特定的时间和地点发生的罕见事件，即天气或气候变量值高于（或低于）该变量观测值区间的上限（或下限）端附近的某一阈值时的事件，其发生概率一般小于10%。”全球变暖是否会导致大旱灾、大洪水、超级台风和高温和暴雪等极端事件的发生概率显著增加，是一个需要探讨的科学问题。
二、来自历史的案例
人们对极端气候事件的担心，不是没有道理的，因为气候变化对社会的影响，更多通过极端气候事件的冲击表现出来，极端气候灾害对社会的巨大破坏，历史教训班班在目。
明末华北地区连年大旱，难以存活的农民揭竿而起。根据史料记载，天启七年（1627年）开始，西北地区连年大旱，民不聊生，饥民冲击粮仓和富户。第二年，府谷县王胤祥、安塞县高迎祥、清涧县王左挂等纷纷暴动，失业驿卒李自成、边卒张献忠等后来名震天下的农民军首领，都在此时因无以存活而投身到农民军中。农民军转战各地，和明军反复征战多年，到崇祯十年，在明军的镇压下，农民军进入低潮。张献忠暂时受抚，李自成则率残部蛰伏于商洛山区。
但是，从崇祯十年（1637年）开始，华北再次连年大旱（见图1）。且在1640-1641年间灾情达到高峰。根据《明史·庄烈帝纪》的记载：“十三年，两畿、山东、河南、山西、陕西大旱……十四年，两畿、山东、河南、湖广及宣、大边地旱。”旱灾的程度十分严重，根据各地方志的记载，河南许昌：“大旱，秋禾尽伤，青草皆枯。”直隶“旱，白洋淀竭。”各地“大饥，殣者相望，居民采草根食之至尽。”“野无青草，斗米千文，草根树皮采食殆尽，甚至人相食。”在这种情况下，李自成率部进入河南，“远近饥民荷锄而往，应之者如流水，日夜不绝，一呼百万，而其势燎原不可扑”。农民军得到大批饥民的补充，乘势攻占重要城市洛阳，又围攻开封，兵力发展到数十万，而明王朝则陷入内有农民起义，外有满清八旗攻掠的困境，最终在1644年李自成农民军攻占北京，崇祯帝自缢煤山，明朝灭亡。
对于气候变化、极端灾害与明王朝灭亡间的关系，郑景云认为，气候变化导致的寒冷和长期干旱，摧毁了明代北方的军屯系统，加剧了明王朝的财政危机。同时气候变化导致了粮食的普遍歉收，在中国大部分地区，人均占有粮食减少了20%-50%，引起了广泛的粮食危机，加剧了社会结构的脆弱性。明末的极端干旱，则促使了农民军的兴起和大规模的发展，成为明亡的主要诱因。（参见Zheng, J. et al (2014) How climate change impacted the collapse of the Ming dynasty. Climatic Change, 127）
图1 1634-1641年间华北旱灾分布图 韩健夫 绘
明末大旱灾导致明王朝的灭亡，当然内因还是明王朝统治的腐朽导致了社会矛盾的尖锐，有其一定的偶然性。但是，极端气候事件发生之多，对社会的冲击之大，却绝不可小视。1877年华北地区爆发的大规模旱灾，导致近2亿人口受灾，在灾情中心的山西，“饿死者十五六，有尽村无遗者”。河南地区灾情“亦不减于山右……灾黎数百万，几有析子易骸之惨！”图2就是当时画家为赈济而绘的河南灾民图。而极端水灾的冲击更为直接。1849年长江中下游大水灾，六省中受灾县份达到234个（见图3）。各地“民大饥，饿殍载道。”饥民群集，白昼劫掠富户，社会动荡不安。从历史的案例可以看出，极端气候灾害是对人类社会的巨大挑战。需要社会高度重视和有所准备。
图2 “鹄面鸠形迎风倒毙”《豫饥铁泪图》（引自王一村《清末民间义赈中的灾情图——以“铁泪图”为中心的考察》，2016年第4期）
图3 1849年长江流域大水灾情图（引自杨煜达、郑微微：《1849年长江中下游大水灾的时空分布及天气气候特征》，《古地理学报》，2008年第6期）
三、当前的研究
一般所说的气候变暖，是指气候要素统计均值的变化。极端气候事件则更多是气候极端值的变化。研究当前气候变暖与极端气候灾害频发的问题，我们首先需要知道，1980年代以来各种极端气候事件的发生，是否明显高于长时段的平均水平。更进一步说，是否存在极端气候事件的频发期，这种频发期的气候背景为何。
围绕这些问题，科学家做了大量的研究。由于长时段的研究，没有现代器测资料可以利用，因此研究主要利用各种气候代用资料，如树木年轮、历史文献等来开展工作。中科院地理所的研究团队利用历史文献探讨了过去两千年中国极端气候事件的发生规律，发现在魏晋南北朝冷期和明清小冰期，曾多次出现过程度十分严重的冷冬事件，在相对温暖时段也出现过日最高气温超20世纪极端记录的炎夏事件。在中国东部季风区，存在过多次极端干旱频发期和极端大涝频发期；1551-1600 年则是极端干旱与大涝并发最为频繁的时段。同时，7-8世纪、12-14世纪和15世纪后期-17世纪中期多发极端连旱；10-11世纪及17世纪中期以后，多发极端连涝。（郑景云、郝志新、方修琦等《中国过去两千年极端气候事件变化的若干特征》，《地理科学进展》2014年第1期）
图4 过去千年华北极端旱灾序列（引自韩健夫、杨煜达、满志敏：《公元1000-2000年中国北方地区极端干旱事件序列重建与分析》，《古地理学报》2019年第4期）
复旦大学史地所的历史气候团队也针对历史时期的极端气候事件开展了探索。在考虑到史料时空分布不均匀状况的前提下，分区域识别了发生概率为10%（十年一遇）和2%（五十年一遇）的过去千年中国东部季风区极端旱涝序列。以华北极端干旱事件为例（见图4），发现极端干旱事件存在200年左右的准周期震荡，并存在15世纪后期、17世纪中期和18世纪末期三次极端干旱的多发期。在中世纪暖期和现代暖期，极端干旱的发生水平偏高，但在小冰期温度处在低谷时，极端干旱多发，说明极端干旱事件对温度的响应机制复杂，需要进一步的研究。对不同区域的极端旱涝事件以及极端寒冷事件、极端台风事件的重建，都发现存在极端事件的多发期。
四、进一步讨论
目前利用多种代用资料所作的工作初步显示，无论是极端寒冷、极端高温和极端旱涝、极端台风事件，1980年代以来的发生频率并未超出历史时期的高值。
研究已发现，存在不同时间尺度的气候不稳定时期，在这种时期常常出现极端气候灾害频发，远超正常的发生概率。且在冷暖转折时期常易出现这种不稳定，比如17世纪中期、19世纪末期等。但在不同区域的体现不一样，出现的时间也有错位。从全球变化的角度来看，已有的研究表明，未来增温1.5℃和2℃的不同情景下，东亚季风区极端降水、极端温度事件等发送概率有显著差异（参见中科院大气物理所周天军团队近年系列研究）。未来不能排除灾全球增暖背景下，气候可能进入新的不稳定阶段，在区域尺度上各种极端气候灾害频发，给社会造成巨大冲击的可能。
同时，由于社会的不断发展，我们不能单纯考虑作为致灾因子的极端气候事件本身的变化，实际也需要考虑孕灾环境和承灾体也在发生变化。经过全社会的减灾防灾建设，很多灾害性气候事件的影响得到一定的控制。但是另一方面，社会的发展会带来新的问题。以2008年冬季南方大雪灾为例，从气候本身来说，这次南方寒冷程度本身并不特别严重，甚至列不进1950年以来最冷的5个冬季，但是造成的灾害后果却十分罕见，直接经济损失达1500亿，占到当年全国GDP总值的0.5%。其根本的原因在于环境变了，大雪导致高压输电塔的倒塌使得电力供应中断，以电力机车为主的铁路交通中断。高速道路因结冰封闭，公路交通也中断了，这就使得严重依赖电力和交通的整个区域社会停摆。
从全社会来说，加强极端气候事件发生机制的研究十分重要，但对极端气候灾害发生机理的研究也很重要，需要根据不断发展的社会预判可能的灾害风险，并做好相关的社会应对预案，才能有效地降低极端气候灾害对社会的冲击。这不仅是科学研究的领域和政府决策的问题，也关乎到每一个公民的福祉，需要更多的人来了解、关心和参与。
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