同一环流，为何分别带来暴雨与高温？

背景

2020 年梅雨季，长江中下游经历了 1960 年以来最强的梅雨降水，梅雨期持续 62 天，中国连续 41 天发布暴雨预警，严重洪涝随之发生。与此同时，华南却经历了持续异常高温和大范围干旱，海口市出现了 44 个高温日。同一个夏季、相邻的区域，一边雨下个不停，一边却热得异常。

看上去截然不同的两种极端天气，其实受到同一套大尺度环流的影响。2020 年梅雨期间，西太平洋副热带高压异常强盛并向西伸展：其西北侧的异常气旋和水汽辐合有利于长江中下游持续降水，副高控制下的华南则更容易出现高温。既然两场事件都和这套环流有关，我们就想知道，环流到底能解释多少？把天气形势尽量固定下来，当前的气候背景是否还会让它产生更强的极端？

带着这些问题，我们尝试用“条件归因”同时考察两类事件，也就是先在天气形势相似的前提下，再比较降水和高温。以往的研究更多关注一个地区的一种极端，或同一区域内不同灾种的组合；这次，我们把目光放在两个不同区域、同期发生的两类极端上。从空间复合事件的角度看，两者自然联系在一起；不过，这篇工作当时仍分别归因降水和高温，没有考虑它们同时发生的情况。

方法

为了把环流的作用单独拿出来，我们用了环流相似方法（flow analogues）。简单来说，就是到历史资料里寻找与 2020 年每天海平面气压分布相似的天气形势，再看看那些日子下了多少雨、气温有多高。这样就能重建：遇到类似的环流，通常会出现什么样的天气？当然，不能只挑几个“长得像”的日子就下结论。我们还考虑到，某种天气形势可能连续维持几天，选取历史日期的方式也可能影响结果。因此，研究设置了对照，并反复选取历史样本，得到一组可能的天气结果。

具体分析时，我们先去掉资料中随时间缓慢变化的部分，估计环流本身能解释多少异常；再保留降水和气温的长期变化，比较不同时期的相似环流会带来什么天气。这里把 1960–1984 年称为“过去气候”，把 1985–2019 年称为“当前气候”。后文的“过去”和“当前”，都指这两个时段。

结果

先看逐日变化，相似环流确实能跟上不少实际的起伏：有些强降水过程重建得不错，气温也有相似的升降。但仔细看就会发现，2020 年的极端程度并没有被完整重现。尤其在华南，实际最高气温在多数日子里都高于相似环流的平均水平。也就是说，天气形势相似，天气却未必一样极端。

把环流的作用换算成具体比例后，两类事件的差别就很清楚了：大尺度环流能解释长江中下游降水异常的约 70.7%，却只能解释华南高温异常的约 43.6%。这场超强梅雨，很大程度上确实与当年的异常气旋与副高的配置有关；但对于高温，相同的大尺度环流还解释不了一半以上的异常。

为什么同样的方法，对高温的解释能力却弱了不少？一方面，华南最高气温本身已经在长期升高，同样的天气形势放到不同气候背景里，温度未必相同。另一方面，这个方法没有单独计算土壤干湿等因素对气温的影响，而这些因素也可能参与了高温的形成与维持。所以，环流没解释掉的部分，并不能一股脑儿都算到气候变化头上。

接下来才真正进入“条件归因”的核心：如果天气形势差不多，现在是不是比过去更容易出现这么大的雨、这么高的温度？对于降水，在相似环流条件下，达到或超过 2020 年梅雨量的概率，从过去的约 1.23% 升到当前的约 6.25%，是过去的约 5.1 倍，对应的可归因风险比例（FAR）约为 0.80。换句话说，即使不改变这套特殊的天气形势，较暖的气候背景已经让如此极端的降水更容易出现。

比较高温时，我们遇到了一个问题：过去气候的相似环流样本中，没有一个达到 2020 年实际高温的强度。若直接把观测值作为门槛，过去样本中超过它的比例就是零。因此，研究改用 1 个标准差（+0.62°C）作为统一的比较门槛。超过这个门槛的概率，从过去的约 0.58% 升到当前的约 68.7%，FAR 约为 0.99。过去很少见的高温水平，在较暖的气候背景下已经相当常见。要注意，这里比较的是 1σ 这个门槛，不是 2020 年实际达到的高温强度。

把门槛再往上抬，在研究考察的范围内，两类事件的 FAR 都随之增大，高温的变化尤其突出。这里的 FAR 说的是发生风险有多少与两个时期的气候差异有关，不能把它理解成“某一次事件的强度有多少来自气候变化”。

讨论

读到这里，很容易接着问：这些变化是不是都能算作人类活动的影响？这篇研究还不能走到那一步。它比较的是两个历史时期，差异既可能来自温室气体等外部因素，也可能与气候系统自身较长时间尺度的起伏有关。要把人类活动的贡献单独算出来，还需要用气候模式比较“有人类影响”和“没有人类影响”的世界，提供进一步证据。这也是论文留给后续研究的问题。

但它先回答了一个很实际的问题：当一次极端事件明显受到异常环流控制时，能不能把天气形势与变化中的气候背景分开来看？2020 年的这两个事件说明，这样做很有必要。如果只说“都是副高造成的”，就容易低估背景变化的作用；反过来，只看长期趋势，也解释不了为什么偏偏在 2020 年，两个区域会同时进入极端状态。

沿着这条思路，我们后来继续发展了构造环流相似方法，让历史天气形势的组合更接近实际事件；也进一步把解释单次事件的“故事线”方法，与评估同类事件风险的“概率”方法结合起来，理解事件为什么发生、风险又如何变化。长江中下游暴雨和华南高温的组合，也自然带出了下一个问题：既然它们会一起出现，能不能直接研究“高温和暴雨同时发生”的联合风险，以及人类活动如何改变这种风险？

大尺度环流帮助我们解释事件为什么在特定时间和地点发生，变化中的气候背景则会影响相似的天气形势究竟能带来多强的极端。把两者放在一起，才能既理解眼前事件，也看清未来的风险。