這個夏天，極端降水現象在全球范圍內愈演愈烈。

作為“一帶一路”倡議的重要節點，中亞地區不僅地理位置重要，其氣象環境也與中國西北地區乃至全球氣候緊密相連，觸動著國際社會對氣候變化的敏感神經。

如何實現中亞地區極端降水的精確模擬？如何降低極端降水對當地帶來的嚴重影響？揚州大學物理科學與技術學院教授封國林團隊針對中亞地區夏季極端降水進行了開創性的多尺度相互作用研究。

他們首次系統剖析了該地區極端降水事件的多尺度作用機制，通過能量跨尺度傳輸與轉化分析，揭示了不同類型極端降水的內在成因，不僅為“一帶一路”沿線國家的災害防御提供了科學依據，也為區域經濟社會的可持續發展筑起了堅實的屏障。相關研究成果近日在線發表于《地球物理研究快報》。

極端降水：不容忽視的“灰犀牛”風險

近年來，中亞地區的極端降水事件頻發且強度驟增，洪水、泥石流等次生災害如影隨形，經濟損失與人員傷亡觸目驚心。

極端降水，這種超出歷史常態的降雨現象，以其突發性、高強度和短歷時等特點，被形象地比喻為潛在的“灰犀?！憋L險。

已有研究表明，極端降水成為“新常態”不僅與當地的地形地貌、氣候特征有關，更與全球氣候變暖密切相關。

“天降大雨”看似簡單，背后卻蘊藏著十分復雜的原理。專家認為，極端降水是一種非常復雜的非線性物理過程，受到不同尺度的環流系統影響。巨大的大氣環流系統會為區域天氣活動提供能量，從而促進了局地環流系統的形成和發展產生強降雨。

“氣候變暖了，大氣層中的水汽含量也顯著上升。當降雨條件成熟時，由于大氣中更為充裕的水汽儲備，更多的水汽能夠凝結成雨滴，且這些雨滴可能會變得更大、更密集，導致極端的降雨事件的發生。”封國林進一步解釋。

雖然已有不少學者針對中亞地區極端降水現象進行研究，但是大部分只關注海溫異常等單個影響因子的作用或簡單討論變量之間的相關性。為了實現及時、精準模擬及預測，封國林帶領團隊深耕該領域多年，圍繞中亞地區的氣象變化不斷探索極端降水“背后的故事”。

另辟蹊徑：細致剖析降水過程的能量動態

從源頭出發，問題才能更好地迎刃而解。

極端降水成因復雜、預測難度大，如果能用普適的物理量，準確定量不同尺度的環流系統之間的相互作用，就能改進預測模式的模擬技巧，提高對極端降水事件預測的準確性。

面對極端降水成因的復雜性與預測的高難度，封國林團隊另辟蹊徑，采用“局地多尺度能量分析方法”對降水過程中的能量動態進行了細致入微的剖析。

論文第一作者、該院碩士研究生雷弘佳表示，這個方法可以對降水過程中能量的動態變化進行詳盡分析，不僅能識別并量化降水系統中不同尺度（如天氣尺度、中尺度、小尺度等）的能量分量，還能優化高分辨率的數值模擬，從而實現對降水過程中能量動態變化的精細模擬。

為了提升模型構建的準確度，團隊還選取了中亞地區四個具有典型代表性地區的極端降水事件情況作為研究對象，深入揭示了降水機制的地域差異與共性特征，為極端降水事件的預測與防范提供了科學依據。

結合不同地區的能量分析結果，團隊深入挖掘了這些地區“背后的故事”。

“根據數據可以推測，哈薩克斯坦北部發生極端降水事件可能是動能在不同緯度間傳輸導致的，而其南疆地區則可能是不同尺度上的位能傳輸模式相互作用以及對流層上層的正壓不穩定性等綜合因素產生……這些結果都印證一個事實，即中亞地區不同地方的極端降水事件是由不同氣象要素之間的相互作用引起的。”雷弘佳表示。

精準預測：助力災情防范“向前一步”

極端天氣頻發，災情防范的緊迫性尤為凸顯，亟需“未雨綢繆”，將防線前移。

團隊主要成員、該院副教授馬茜蓉告訴《中國科學報》，傳統災害預測手段在捕捉極端天氣微妙變化上常顯力有不逮，而現代科技的飛躍，特別是云計算與大數據技術的深度融合，正為極端降水預測領域帶來顛覆性的變革。

“利用模型進行預測過程中，提供更為詳細的物理數據和信息，即物理約束條件，可以進一步提升預測精度?！瘪R茜蓉表示，未來團隊將通過精心挑選多尺度關鍵能量項作為核心驅動力，構建一套針對中亞地區極端降水事件的預測模型，為極端降水預測提供更為堅實的科學基石，能極大地增強防災減災工作的預見性和針對性。

“封國林團隊的研究成果無疑為極端降水預測領域帶來了新的突破與啟示?！敝袊鴼庀缶譃豸斈君R沙漠氣象研究所副所長姚俊強研究員評價道，“他們通過深入的多尺度分析，不僅揭示了極端降水的復雜成因，還為未來的防災減災工作提供了寶貴的科學依據。這一成果不僅有助于提升‘一帶一路’沿線國家的災害防御能力，更為全球氣候變化研究貢獻了中國力量?！?/p>

面對人類活動日益深刻地影響氣候規律的現狀，封國林說：“當氣候變遷的步伐超越我們既有的認知邊界時，預測的復雜性與挑戰性也隨之倍增?！?/p>

“未來，團隊將繼續深耕極端降水研究領域，充分利用先進的機器學習預測模型，深入探究人類活動對中亞地區極端降水模式的影響機制，為全球碳中和目標的實現、氣候變化風險的有效應對，以及極端天氣事件的減緩策略貢獻更多智慧與力量。”封國林表示。

相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2024GL108882