我们可能更接近预测未来的极端降雨事件

根据气候模型，随着地球因气候变化而变暖，地球上某些地区的降雨量将比其他地区多得多。

瑞士苏黎世大气与气候科学研究所大气科学家 Stephan Pfahl 表示：“如果你看一下模型预测的变化和降水的全球地图，我们会发现一些地区的模型预测结果大幅增加。在其他地区，它们几乎没有产生任何变化，一些海洋地区甚至显示出极端降水的减少。”

虽然人们已经理解了这一点，但科学家们一直不确定原因。我们对极端降水的主要驱动因素（2015 年在南卡罗来纳州和本月在加拿大东南部造成灾难性洪水的那种降雨和风暴）的基本理解主要集中在与大气中额外水分相关的变化上。未来大气将更加潮湿，因为更温暖的空气携带着更多的水。

“但仅基于这种水分含量，人们不会预料到这种空间变化，”Pfahl 说。

换句话说，这解释了降水量的增加——但无法解释为什么有些地区会被洪水淹没，而其他地区却保持干旱。

在今天发表于《自然气候变化》杂志上的一项研究中，Pfahl 和他的同事试图更清楚地描绘这些即将发生的变化，以便研究人员更好地改进区域气候模型。最终目标是让社区更好地了解气候变化将如何影响他们，以便他们可以尝试相应地适应。虽然这些预测是存在的，但它们的结果存在很大的不确定性。Pfahl 的研究有助于解构现有的全球气候模型，以了解哪些因素导致了我们已有的预测，以便模型可以在未来得到改进。

如果研究模型数据以更好地了解气候如何运作听起来很落后——就像航空工程师设计飞机然后将其拆开以了解其飞行方式一样——那么你可能不太了解气候模型的工作原理。气候模型是大气、海洋、陆地表面、冰和太阳之间相互作用的数学表示。我们输入了我们所知道的大部分关于地球如何运作的知识（以及基本物理、化学等），并根据记录的气候数据对其进行测试以显示其准确性。2016 年《海洋科学》杂志的一项研究发现，气候模型正确预测了 1970 年至 2005 年记录测量值的 3% 以内的海洋变暖。

由于气候模型利用了我们可能无法在构成现实世界的大量可用数据集中注意到的趋势，因此它们有时会产生看似奇怪的预测或结果。这就是为什么研究人员有时必须寻找异常结果的解释，正如这项研究和其他研究所表明的那样。

“我们研究了大量气候模拟的结果，”Pfahl 说道。“这些模型会因为不同的原因导致极端降水的变化。如果大气中的水分含量发生变化，那么就会导致极端降水的变化。”这并不奇怪。但研究人员发现，垂直风速的变化也会导致预计的降水量变化。你可以把水平风想象成蛋糕的层。风可以从左向右移动，甚至可以以圆形方式移动，但它们仍然停留在蛋糕层内。相比之下，垂直风则上下移动，冲破蛋糕层。

通过正式确定湿度、垂直风和降水之间的关系，Pfahl 能够分别研究这些因素的影响，并计算出如果垂直风保持不变，只有大气湿度发生变化，极端降水将如何变化。通过这样做，Pfahl 意识到垂直风似乎导致了极端降雨事件的空间差异——他的建模数据与当今气候的数据相符。

虽然 Pfahl 的研究重点是全球气候模型，但如果其他研究人员证实了这些结果并将其纳入下一代气候模型，那么它们也有望改善区域预测。科学家可以利用特定区域的垂直风速来预测其各自湿度增加将产生多少降雨。

“如果我们真正理解预测背后的物理原理，我们就能对这些模型更有信心，”Pfahl 说。“在这种情况下，我们的研究有助于增强这种信心。”