高溫、洪水、乾旱……誰觸碰了北半球極端天氣開關？
這個夏天全球極端天氣不尋常
7月17日至22日，河南出現歷史罕見降雨。鄭州最大小時降雨量(201.9毫米)突破中國陸地小時雨量歷史極值。由此引發的氣象災害給人民生命財產帶來了重大損失，牽動著全國人民的心。
這個夏天，不只是我國，全球都呈現極端天氣氣候頻發的態勢。這些極端天氣發生的區域主要集中在北緯40°附近。那麼這些極端天氣事件背後的主導因素是什麼？彼此之間又是否存在關聯？我們特別約請氣象專家和《中國氣象報》的專業記者為大家做權威解讀。
今夏北方降雨為何格外多？
7月17日至22日，河南出現歷史罕見降雨，鄭州最大小時降雨量(201.9毫米)突破中國陸地小時雨量歷史極值，鶴壁市科創中心氣象站累計降雨量為1113.8毫米。7月以來(至26日)內蒙古呼倫貝爾平均降雨量較常年同期偏多38.6%，兩水庫發生垮塌；6月遼寧全省平均降雨量為170.9毫米，比常年偏多89.9%，為1951年有完整氣象資料以來最多……
進入6月的主汛期後，北方各地強降雨頻頻，“某地某次降水過程超過全年降水總量”的新聞常見諸報端。目前，“七下八上”(指華北地區暴雨集中出現在7月下旬至8月上旬)的北方雨季還未過半，如此頻繁的降雨給後期防汛帶來很大壓力。
那麼，今年北方降雨到底與常年相比有多強？偏強的原因是什麼？未來哪些地區還會降雨頻頻？
北方汛期較常年偏早
今年，北方的雨季來得要比往年早。根據國家氣候中心監測，今年東北雨季于6月10日開始，較常年偏早15天，華北雨季于7月12日開始，較常年偏早6天。
汛期偏早，實際上也側面反映了降雨的偏多。國家氣候中心汛期預測主班、高級工程師趙俊虎介紹，今夏北方多雨區主要出現在華北、東北、黃淮等地。
國家氣候中心監測顯示，今年主汛期以來(6月1日8時至7月26日8時)，華北地區(河北、北京、天津、山西)降水量較常年偏多52.7%，為1951年以來歷史第5位，東北地區(黑龍江、吉林、遼寧)偏多13%，內蒙古東部偏多28.3%。黃淮地區(山東大部、江蘇北部、安徽北部、河南大部)偏多15%，其中河南省平均偏多67.8%，河南北部偏多2倍以上。
而在西北地區西部大部和東北部、內蒙古西部，降水較常年偏少，平均偏少32.1%。
對於北方多雨區來說，在整體降水偏多的情況下，局部地區的階段性強降雨過程帶來了較重的雨情和汛情。
以呼倫貝爾市為例，7月1日至19日莫力達瓦達斡爾族自治旗降水量多達271.4毫米，較常年同期偏多322.1%，位列歷史同期降水第一位。18日，莫力達瓦達斡爾族自治旗開放式溢洪道永安水庫、新發水庫相繼出現決口、垮壩，導致32萬餘畝農田被淹，20多座橋梁被毀。與之類似，前期降雨偏多的地區，也需高度警惕後續降雨帶來的疊加影響。
北方今年入汛以來降雨偏多，與東北冷渦活躍和副熱帶高壓位置關係密切。
東北汛期降水按照影響系統的差異，可以分為初夏和盛夏兩個階段。其中春末夏初階段(五六月份)的降水異常主要是受到東北冷渦和鄂霍次克海阻塞高壓的影響，七八月份降水異常主要受到西太平洋副熱帶高壓第二次北跳後的影響。
國家氣候中心首席預報員陳麗娟介紹，6月1日至7月10日，東北冷渦活躍，西北太平洋副熱帶高壓階段性偏北，有利於冷暖空氣在北方地區輻合。在遼寧，6月東北冷渦影響時間(22天)比常年多9天，這是全省強降雨過程多、雨量突破歷史極值、強對流天氣頻發等極端天氣氣候事件的主因。
7月6日之後西北太平洋副熱帶高壓脊線穩定維持在北緯25°以北，7月15日之後副高脊線北抬至北緯30°以北，同時西南渦向華北、黃淮方向移動，水汽條件充沛，導致我國北方地區降水偏多。
那麼，哪些因素有利於西北太平洋副熱帶高壓偏北、東亞夏季風偏強、初夏東北冷渦活躍，進而導致今年北方入汛偏早、降雨偏多呢？
陳麗娟介紹，這與海溫和積雪等外強迫異常及影響有較大的關係。2020/2021年秋冬春季發生了一次中等強度的拉尼娜事件，今年是拉尼娜事件衰減年，北大西洋春夏季海溫分佈為自南向北“-+-”三極子模態正位相，青藏高原冬春季積雪明顯偏少，這些外強迫特徵都是有利於導致以上特徵的因素。
在華北北部、東北地區所在中高緯度，環流異常的機理較為複雜，受下墊面(與大氣下層直接接觸的地球表面)、大氣內部變率等多種因素共同影響，東北冷渦活躍的原因還有待於進一步研究。
受全球氣候變暖影響 局地強降水增加
國家氣候中心預測，“七下八上”期間，我國將有南北兩條多雨帶，北方多雨區主要位於西北地區中北部和東南部、內蒙古大部、華北、東北西部、黃淮大部、江漢大部等地，其中內蒙古中東部、華北大部、黃淮西北部、東北西部部分地區偏多2成至5成。南方多雨區主要位於江南中東部、華南東部和西南南部等地，華南南部和江南東部需要關注颱風活動造成的風雨影響。
根據上述預測，黃河中下游、海河、松嫩流域和遼河流域局部、長江下游局部、珠江局部需防範階段性暴雨洪澇災害和較重汛情。
專家同時提醒，受全球氣候變暖的影響，局地強降水發生的頻率和強度增加，極端性更強，需做好相應防範工作和準備。(李一鵬 陳克垚)
此次河南暴雨為何這麼兇？
暴雨是各種天氣和環流系統相互作用的產物，尤其是特大暴雨或持續性暴雨，均是出現在幾種時間尺度天氣系統(行星尺度、天氣尺度、中尺度和小尺度)明顯有相互作用的情況下。
以7月17日開始的河南暴雨過程來說——
行星尺度的副熱帶高壓和大陸高壓分別穩定維持在日本海和我國西北地區，天氣尺度的低值天氣系統被“夾在”二者之間，動彈不得，造成河南中西部長時間出現強降水天氣；
洋面的情況也不安分，颱風“煙花”生成並向我國靠近，大量水汽向內陸地區輸送；
加上地形的“助攻”，即太行山區、伏牛山區的特殊地形對偏東氣流起到輻合抬升效應，迎風坡前降水增幅明顯；
在有利於暴雨發生的大尺度背景下，中小尺度對流系統也“躁動不安”。它反覆在伏牛山前地區發展並向鄭州方向移動，導致降水強度大、維持時間長，引起局地極端強降水等。
可以說，出現特大暴雨時，沒有一種時間尺度天氣系統是“無辜”的。在行星尺度、天氣尺度、中小尺度天氣系統相互作用下，加上特殊地形的“助攻”，一場罕見、突破歷史極值的暴雨最終落在河南。(王玫玨)
我國夏季暴雨的四個主要特徵
我國是一個多暴雨的國家，主要原因之一就是每年夏季都深受東亞夏季風的影響。夏季風暴發和盛行期間正值我國的雨季或汛期，也就是暴雨多發季節。季風氣流從海上帶來豐沛水汽及不穩定空氣，是暴雨發生的關鍵原因之一。
隨著夏季風暴發、盛行和向北或快或慢地推進，我國主雨帶也在向北移動，先後影響華南、江淮、華北。
我國暴雨具有四個主要特徵——
時間集中。我國暴雨主要集中發生在5月至8月汛期，高峰期則集中在6月下旬到7月上旬，這就是著名的東亞梅雨季。華北地區暴雨集中出現在7月下旬至8月上旬，即“七下八上”。
強度大、極值高。與相同氣候區中的其他國家相比，我國暴雨極值很高。如在7月20日的強降水過程中，鄭州附近的單站已經突破200毫米/小時，刷新河南林莊1975年8月5日創下的紀錄；又如1963年9月10日，24小時降水極值出現在臺灣地區，達到1248毫米，打破世界紀錄。
持續時間長。統計數據表明，我國暴雨持續的時間從幾小時到63天。甚至有研究認為，1986年的梅雨長達65天。
影響範圍大。長江流域的暴雨區面積是全國最大的，雨帶多呈東西走向，如1954年和1998年特大暴雨，600毫米以上的降水區覆蓋了長江流域的絕大部分地區；1991年的江淮流域特大暴雨面積也覆蓋了十幾萬平方公里。
基於以上這些因素，暴雨可造成大範圍洪澇災害，尤其是持續性大暴雨，是影響我國的主要氣象災害之一。受暴雨落區影響，我國易受洪澇災害的地區主要有5個，其發生頻次不一。華南區域每3年1∼2次，湖南與江西北部每年2∼3次，長江中下游和華東沿海每2∼3年1次，淮河、黃河流域每2∼3年1次，東北東部的松花江和遼河流域每7∼8年一次。 (張藝博)
北方的傾盆大雨其實不比南方少
中國廣袤的北方地區，通常作為“煙雨江南”的對立面出現。在中學地理課本裏，中國年降水量被濃縮進一張簡潔的分佈圖裏，上面不同顏色的曲線勾勒出“南方雨多、北方雨少”的畫面。
然而，每年盛夏7月中下旬至8月中旬，我國北方會進入多雨期。在幾天內，甚至幾個小時內，北方部分地區有時候會下夠半年的雨。如果我們手頭有一個以時間為焦距的鏡頭，就可以清晰地看出一個與暴雨有關的圖集——
焦距調到24小時，如果以北緯30°劃分南北，發生24小時極端降水的站點數，南部和北部站點數大約是7比3。
到6小時、3小時、1小時，這種差距被快速縮小，相應極端降水站點數以南和以北已基本平手。其中，坐標在北方的河北、河南、山東，與華南地區的廣東、廣西、海南一樣擁有令人驚訝的前排數據。
投照到個體體驗，即可明瞭：可怕的傾盆大雨，北方其實並不比南方少。降水強度大、持續時間短的加持，使得中國暴雨的許多極值紀錄都出自華北和東北區域。
與長江流域梅雨不同，地形也對華北和東北暴雨造成影響。北方多地山脈的迎風面和山區往往成為暴雨的催化劑。 (盧健 趙曉妮 李慧)
防災知識
防雷防風防水 科學應對夏季強對流天氣
關於夏天的記憶多半都有突如其來的暴雨，讓人猝不及防。
像暴雨這類歷時短、表現劇烈、破壞性強的天氣，就是強對流天氣。顧名思義，強對流天氣是由強烈的對流引起的劇烈天氣過程，主要有短時強降水、冰雹、龍捲風和下擊暴流，破壞性僅次於熱帶氣旋、地震、洪澇。
中國氣象科學研究院孫繼松研究員提醒，如不慎暴露在強對流天氣下，須注意防範三方面災害：
防雷。強對流天氣往往伴隨雷電的發生。若在野外，要避免在樹下躲雨，高大樹木往往會起到引雷的作用，在樹下避雨難免被牽連，受到雷擊傷害；更不要站立在空曠地帶，避免引“雷”上身。遇到閃電打雷時不宜把羽毛球拍、釣魚竿、竹竿等扛在肩上。
防風。風本身的傷害無法同其他災害相提並論，但每年因風災造成人員傷亡的案例不少見。專家提醒，遇到大風天氣時，一定不能圖一時安逸，到廣告牌、危墻等附近躲避。最為穩妥的方式，是選擇到防風效果更好的框架結構建築內躲避。
防水。在暴雨天氣，人、車都要遠離水體，不要輕易蹚水。低窪處由於地面徑流效應，漲水很快，甚至可以達到一分鐘內水位上漲幾米的速度，易造成汽車熄火甚至被淹。汽車在低窪處熄火，千萬不要在車內等候，應下車到高處等待救援。行人更不要貿然涉水。暴雨時為了快速排水，很多井蓋會被打開。看到有漩渦的地方，要繞道而行，避免跌入窨井或坑、洞中，導致受傷。 (張藝博)
全球視野
高溫、熱浪、洪水、乾旱等極端天氣氣候頻發——
是誰觸碰了北半球極端天氣開關
近期全球極端天氣氣候頻發，歐洲部分地區洪水肆虐；美國、加拿大出現持續高溫天氣，乾旱情況日趨嚴重；日本遭遇“暴力梅”襲擊；中國華北黃淮地區極端暴雨頻發……將這些極端事件發生區域聯繫在一起可以發現，它們主要集中在北緯40°附近。那麼是誰抖動了北緯40°這條帶，打開了這附近的國家極端天氣的開關？這些極端天氣事件之間是否存在類似蝴蝶效應的關聯？背後的主導因素應歸咎於氣候變暖嗎？
其實，不僅僅是近期天氣異常，2021年1月至7月全球氣候總體異常特徵顯著，尤其是北半球中高緯度地區更加明顯。冬季北美出現了極端冬季風暴“烏裏”，得克薩斯州遭遇百年一遇的暴風雪寒流，春季美國西海岸加州等地出現世紀性乾旱，該地區夏季高溫熱浪頻創歷史紀錄，進一步加劇乾旱發展。而近期美國西岸東岸呈現乾濕兩重天，東邊“水深”西邊“火熱”。我國也經歷了多種極端天氣的侵襲，前冬出現極端寒潮降溫，春季沙塵暴異常活躍，上半年全國平均氣溫為8.7℃，較常年同期偏高1.2℃，為有完整氣象記錄以來歷史同期最高……
這一系列極端天氣事件並非由蝴蝶效應引發，而是在全球變暖背景下，中高緯度環流系統的經向度加大，在北美等地出現阻塞高壓形勢，從而在其上游和下游形成深厚的大槽，這樣就呈現出美國西岸東岸“乾濕兩重天”的局面，歐洲的情況也與烏拉爾山阻塞高壓西側的深厚低值系統控制有關。西風帶高空急流軸無疑是北緯40°附近大氣環流異常連鎖反應的主要推手。
我國主汛期降雨帶與往年最大的不同在於西南-東北走向的呈現，關鍵因素是西太平洋副熱帶高壓的形狀與位置。
此外，氣候變化的因素也不能忽視。全球變暖導致氣候系統水迴圈加劇，局地水汽輻合增大，對流層水汽轉化率提高，降水強度加大，降水極端性凸顯。通常，全球氣候變化的兩個重要事實是全球變暖、極端天氣氣候事件頻發多發。(李慧 吳鵬)
