丁一匯，天氣與氣候學家。2005年當選為中國工程院院士。國家氣候中心首任主任，中國氣象局氣候變化特別顧問，國家氣候變化專家委員會顧問。在氣候變化、亞洲季風以及中國的災害性天氣等領域取得諸多重要研究成果，是國際上氣候變化研究領域中有影響、有貢獻的科學家之一。曾獲國家科學技術進步獎一等獎、國家自然科學獎二等獎、何梁何利基金科學與技術進步獎、世界氣象組織杰出工作成就獎等。
近年來，全球極端氣候事件頻發，如極端熱浪、暴雨洪澇和嚴重干旱，這些現象不僅對人類的生產生活造成重大影響，也威脅到生態平衡和社會經濟發展。面對這一緊迫問題，理解極端氣候事件的成因機理、評估其影響效應，并探索有效的應對策略顯得至關重要。究竟何為極端氣候事件？它的形成原因是什么？將如何影響我們，又該如何應對？
極端氣候事件的成因機理
極端氣候事件是指顯著偏離歷史氣候平均狀態的異常天氣現象，包括極端高溫、持續性干旱、強降水、暴風雪、寒潮及熱帶氣旋等。這類事件往往造成嚴重的社會經濟損失和生態系統破壞，是全球氣候變化研究的一個核心議題。在氣象學上，極端氣候事件通常采用統計學方法界定，一般將超過歷史同期第95或第99百分位閾值的氣象要素異常判定為極端事件。
極端氣候事件的成因可歸為自然驅動和人為影響兩大因素。自然驅動因素不僅包括氣候系統內部變率（如厄爾尼諾—南方濤動、北大西洋濤動等大尺度環流模態的變化），還包括外部自然強迫作用。例如，火山噴發通過向平流層注入氣溶膠可導致全球氣溫短期下降，太陽活動周期變化也可能對地球氣候系統異常產生調制作用。這些自然因素是通過改變輻射強迫或大氣環流形態，影響極端氣候事件的發生頻率和強度。
與此同時，人類活動的影響日益顯著。工業革命以來，溫室氣體濃度持續上升導致全球變暖，這直接加劇了極端高溫、強降水等事件的發生概率。此外，城市化擴張和土地利用變化等地表改造過程，也在局地尺度上改變極端天氣的發生特征，如城市熱島效應加劇高溫事件，森林砍伐可能影響區域降水模式。
因此，現代極端氣候事件是自然變率（包括內部變率和外部強迫）與人類活動共同作用的結果。理解這些驅動因素的相對貢獻及其相互作用機制，對準確預測未來極端氣候事件的變化趨勢至關重要。
極端氣候事件的影響效應
極端氣候事件不僅對自然環境造成直接沖擊，還通過復雜的連鎖反應影響經濟社會系統的穩定運行。隨著全球氣候變化加劇，極端天氣的頻率和強度持續上升，其多方面影響效應已成為各國面臨的重大挑戰。
對自然系統的破壞性影響。極端氣候事件首先直接作用于自然生態系統。持續高溫和干旱會導致森林退化、生物多樣性銳減。水文系統同樣會遭受沖擊，暴雨引發洪水改變河流形態，而長期干旱則導致濕地萎縮、地下水位下降。土地系統方面，極端降水加劇水土流失，高溫則加速土壤有機質分解。而且這些自然系統的損害往往具有不可逆性，如海溫升高引起的珊瑚礁白化事件后生態系統恢復需要數十年周期。
對社會系統的復合型沖擊。農業部門是受極端氣候影響最嚴重的領域之一。全球糧食和農業信息及預警系統特別警報顯示，極端天氣導致全球谷物產量年際波動顯著加劇。公共衛生系統承受雙重壓力：熱浪期間，心腦血管疾病的死亡風險顯著上升，部分研究顯示高達20%；而洪水過后，因水源污染與環境惡化，在衛生條件欠佳或疾病本已流行的地區，部分疾病的暴發風險可上升至數倍。城市基礎設施在極端天氣面前尤為脆弱，特別是滯后于極端降雨的城市排水系統。更深遠的影響在于氣候移民問題，世界銀行報告指出，到2050年，全球最多可能有超過2億的人口因氣候變化影響被迫在國內遷移。
對經濟系統的鏈式反應。極端氣候事件頻發對能源系統構成多重挑戰。一方面，熱浪期間制冷負荷激增，城市用電高峰時段負荷可增加30%至40%；另一方面，國際能源署統計顯示，2022年嚴重干旱導致歐洲水電發電量同比下降19%，創近年來最大跌幅。保險業賠付壓力顯著攀升，慕尼黑再保險報告指出，2023年自然災害造成的經濟總損失約2500億美元，保險賠付金額約950億美元，接近歷史高位。全球供應鏈脆弱性亦凸顯：2021年2月美國德州寒潮引發多家半導體工廠因電力中斷停產，進一步加劇全球半導體短缺，導致汽車產業鏈產線停擺與斷供危機。尤為值得關注的是，氣候災害經濟損失長期快速攀升。數據顯示，20世紀70年代至21世紀10年代，全球極端氣候直接造成的經濟損失增長了約7倍；歐洲環境署報告也顯示，2010年代歐洲年均損失較1990年代增長約27%。
歷史演變與未來趨勢
一是過去百年極端事件的變化趨勢。過去一個世紀，全球范圍內極端氣候事件在頻率和強度上總體呈現上升趨勢（高置信度）。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報告顯示，自20世紀中葉以來，人類觀測到的極端高溫事件發生頻率顯著增加，極端低溫事件則顯著減少（高置信度）。多數陸地區域極端高溫日數、熱浪持續時間和強度均增加，且創紀錄高溫事件更為頻繁（高置信度）。
極端降水事件整體呈增強趨勢，尤其是短時強降水的頻率和強度增加（高置信度），這與全球大氣水汽含量增加密切相關。多個中緯度和熱帶區域出現百年一遇強降水事件復現頻率提高的現象，城市內澇和山洪風險隨之上升。干旱的觀測結果顯示，盡管區域差異顯著，地中海、中亞、西非和澳大利亞等干旱敏感區域的氣象干旱及土壤水分減少事件頻率和持續時間有所增加，對生態系統和農業構成負面影響（中等置信度）。關于熱帶氣旋，全球總數量變化缺乏顯著趨勢且置信度較低，但強熱帶氣旋（3級及以上）的比例在過去幾十年內顯示增加趨勢（中等置信度）。另外，熱帶氣旋的最大風速和降水強度也有增強跡象。
總體而言，過去百年全球極端高溫、強降水、干旱和強熱帶氣旋事件均表現出更頻繁、更劇烈的變化趨勢，氣候系統的不穩定性正持續上升，對生態系統和人類活動構成越來越嚴峻的挑戰。
二是未來極端氣候事件的發展趨勢。在全球氣候持續變暖的背景下，極端氣候事件預計將更加頻繁和劇烈。IPCC第六次評估報告指出，隨著全球升溫水平上升，各類極端氣候事件的發生概率和強度都將隨之變化，部分事件呈非線性加劇態勢，可能對生態系統和人類社會構成更大威脅。
極端高溫事件將持續增加。由于人類活動引起的氣候變化，極端高溫事件的頻率、強度和持續時間將在未來幾十年持續增加，這一趨勢在所有溫室氣體排放情景下均成立，且在高排放情景下更為顯著（高置信度）。評估顯示：與1850—1900年基準相比，當全球平均氣溫升高2℃時，極端高溫事件的發生概率約為工業化前的數倍，同時極端高溫事件的強度也將顯著增強（高置信度）。在某些熱帶和亞熱帶地區，地球溫度可能在本世紀內接近或超過35℃的人類生理耐受極限，尤其在高排放情景下（中等置信度，部分區域為低置信度）。城市地區由于城市熱島效應，極端高溫的局地增強效應更加明顯（高置信度），加之許多城市人口密集、基礎設施脆弱，使得低適應能力的低收入群體面臨更高的健康風險和能源需求壓力（高置信度）。
極端降水事件增多、強度增強。全球變暖顯著增強了大氣的持水能力，這一變化遵循克勞修斯—克拉佩龍關系，即每升高1℃，大氣可容納的水汽量增加約7%。這一機制在未來將深刻改變極端降水事件的特征。有關報告顯示，極端日降水事件的強度普遍呈現每升溫1℃約增加7%的響應關系，而中高緯度地區與季風區域（如東亞、南亞）對極端降水的增強尤為敏感（高置信度）。此外，短小時尺度的短時強降水事件潛在增強幅度可能超過日尺度，特別是在城市區域，將顯著加劇內澇風險與排水系統負荷（中等至高置信度）。盡管不同氣候模型對極端降水重現期的預測存在一定不確定性，但基于多模式預測結果，在高排放情景下，北半球高緯度地區原本百年一遇的極端日降水事件，其重現期可能縮短至約50年（中等置信度），意味著極端降水事件將從罕見向常態化轉變。這些變化已對城市排水設計標準和山地災害預警系統構成實質性挑戰。
干旱事件范圍擴大、強度增強。干旱是另一個未來需高度關注的高風險氣候事件。雖然其變化存在較大區域差異，但在許多干旱易發地區，如地中海地區、南非、西南澳大利亞和美國西南部，未來幾十年干旱事件的持續時間和強度預計將明顯加重（中等至高置信度）。干旱包括氣象干旱、農業干旱、水文干旱和生態干旱。其中，農業干旱（即土壤濕度顯著下降）將在溫帶和副熱帶地區更為常見（中等置信度），直接影響糧食安全。此外，干旱頻次的增加常常與極端高溫事件疊加出現，兩者的復合發生將進一步加劇作物產量波動、水資源緊張與生態退化（高置信度）。
熱帶氣旋強度增加，快速增強事件可能更頻繁。熱帶氣旋（包括颶風和臺風）在未來的總數量變化存在較高不確定性，但第六次評估報告指出，強熱帶氣旋（即3級及以上颶風/臺風）所占比例很可能上升。尤其在西北太平洋、大西洋和印度洋部分區域，模擬結果顯示未來熱帶氣旋的最大風速和降水強度將增強，這一結論具有中等至較高置信度。此外，部分研究表明快速增強型氣旋的發生頻率可能上升，盡管目前對此仍存在較大不確定性（低置信度）。這類氣旋常在接近登陸前數小時內迅速加強，增加了預警與應急響應的挑戰。熱帶氣旋的降水能力也預計隨氣溫上升而增強，風暴中心附近的降雨強度可能顯著高于工業化前水平（高置信度）。
極端氣候事件的“復合性”與“系統性風險”增強
IPCC第六次評估報告首次將復合極端事件列為重點關注對象，明確在全球變暖背景下，這類事件的發生頻率與強度呈顯著上升趨勢（高置信度）。所謂復合極端事件，是指兩種及以上極端氣候事件在時間或空間上重疊、相互作用，或連續發生——例如熱浪與干旱同步出現、強降水后伴隨風暴潮，或是多個極端事件連續沖擊同一地區。報告指出，這類事件增多可能突破傳統單一災害管理體系，導致農業、能源、公共衛生、交通等關鍵基礎設施及社會系統聯動失效，進而引發系統性風險（中等置信度）。而系統性氣候風險不僅是損失的疊加，更體現為不同社會—生態系統間的相互作用、反饋及放大效應（中等置信度），這對未來氣候適應與減緩策略形成了多層級、多部門的挑戰。
應對極端氣候事件的路徑
在極端氣候事件日益頻發的背景下，全球需從“減緩—適應—治理”三大維度統籌應對，構建更具韌性的氣候安全體系。
減緩策略。遏制極端事件加劇的根本在于控制溫室氣體排放。依據《巴黎協定》目標，即到本世紀末，把全球平均氣溫較工業化前水平上升幅度控制在2℃以內，并努力控制在1.5℃以內。實現這一目標需各國制定并執行強化的國家自主貢獻，推動能源系統低碳轉型以及碳定價機制等有效實施。同時，以自然為本的解決方案日益受到重視。這類策略通過恢復森林、濕地與沿海生態系統，提升碳匯能力并增強生態緩沖。例如，紅樹林修復不僅有助于固碳，還可緩解風暴潮侵襲和海岸侵蝕，具有多重協同效益。
適應策略。即便全球減排取得進展，部分極端事件已不可避免，適應行動因此變得至關重要。首先，應提升多災種早期預警系統的覆蓋面與準確性，并投資于關鍵基礎設施的氣候韌性建設，如防洪排水、電力系統和醫療服務等設施的抗災能力。在農業領域，應推廣抗逆作物、優化種植結構、發展智慧農業，以減少干旱和熱浪帶來的產量損失。水資源管理方面，需加強跨流域調配能力與節水技術應用，適應降水不確定性與干旱風險。公共健康系統也應強化對熱浪、洪澇后傳染病等的應急響應能力，提升脆弱人群的防護水平。
治理機制與公眾參與。極端氣候的系統性特征要求各級政府加強政策協同，建立跨部門、跨地區、多尺度的風險治理框架。國家層面應將氣候適應納入發展戰略和財政預算，地方層面則需推動風險知情的城市規劃和基礎設施更新。公眾參與同樣關鍵。通過社區共治、基層組織動員和科普教育，可提升居民風險意識和自救能力，構建“最后一公里”的應急響應體系。同時，必須關注氣候公正問題，保障低收入群體、邊緣社區在氣候行動中的知情權、參與權與受益權，避免陷入更不利的境地。
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