Nature Communications | 地方极端降水变化预测的确定性不断提高

主要内容

相关图表

图 2：热力学和动力学不确定性对总不确定性的影响

图 3：历史变暖与未来极端降水变化之间的相关性

图 4：适应性突发约束方法的样本外验证

图 5：未来极端降水和不确定性的有限预测

图 6：未来极端降水的受限预测中的总不确定性降低

启示与总结

随着社会意识到人为气候变化的破坏性影响，气候适应越来越受到关注。适应未来的极端降水通常需要对外部强迫极端降水变化进行局部尺度的预测。然而，这种预测仍然不确定，这在很大程度上是由于内部气候变率和模式不确定性的共同作用。这种不确定性会影响适应成本和可行性，因此，在影响相关尺度上减少未来极端降水预测的不确定性将是有益的。我们的结果表明，通过使用观测到的变暖和数据聚合的经过验证的适应性紧急约束策略，可以在全球范围内稳健地约束未来网格单元极端降水变化的预测。在全球范围内，温度约束预测在高SSP5-8.5强迫情景下，年最大日降水量的世纪末变化比原始的、无约束的预测小13%，投影误差方差减少18%。结合数据聚合在降低内部可变性不确定性方面的作用，误差方差减少进一步增加到42%。

这些改进的预测以及我们对它们可靠性的验证，应该可以为自然和社会系统在本世纪可能面临的潜在风险和压力提供更有信心的见解。通过允许更准确的影响评估和适应规划，它们有望使近90%的世界人口受益（总不确定性降低 >20%；具体而言，对于东亚和南亚，世界上40%以上的人口正在经历气候季风强降雨，到本世纪末，受限的年最大日降水量预估的不确定性降低了30%（在 5-95% 的空间范围内为15-70%），如总不确定性降低所示。在包含许多世界最大城市和经济中心的地区，不确定性的显著降低可以为提高这些全球重要城市地区的气候适应能力提供支持。

图 7：所选网格单元对未来极端降水的约束预测

然而，应该认识到，虽然我们对全球气候模式对未来极端降水的伪观测进行了交叉验证，这增加了对约束预测的信心，但它们仍然受到当代全球气候模式中分辨率和过程表示的限制。因此，全球模式模拟极端降水事件及其响应未来排放情景的变化的真实性。在将受限的局部极端降水预测用于基础设施适应和韧性规划时，应仔细考虑这种固有的不确定性。此外，基于温度的约束主要针对并消除了与预估变暖或模型瞬态气候响应不确定性直接或间接相关的预估极端降水变化中的偏差和不确定性。

热带和温带地区仍可取进一步改善。由于非常大的动态不确定性，基于温度的紧急约束对于热带地区的强制极端降水变化基本上是无效的。动态不确定性也是温带地区总极端降水预估不确定性的重要组成部分，其幅度与极端降水热力学分量的不确定性相当或超过。因此，进一步的改进最终需要改进模拟极端降水对外部强迫的动力学响应，并确定与极端降水相关的大气环流变化的有效紧急约束。

尽管仍然存在挑战，但我们的适应性紧急约束方法代表了超越全球或大片地区平均平均降水的现有同类方法的重要进步，这些平均降水太粗糙，无法与当地定制的气候变化适应和复原力规划相关。我们的结果表明，为限制极端降水和相关灾害的风险，可以在更精细的地方层面更好地规划未来的适应投资，并采用观测受限的预测，如此处报告。此外，通过分解由不同过程控制的气候变化的关键组成部分来确定有效的紧急约束的拟议策略为对低信噪比气候预测开发观测约束提供了一条有吸引力的途径。

文献参考