关于复合型极端事件的新认识和启示

余荣　翟盘茂

摘要 近年来，极端天气气候事件频繁发生，且常常表现为多种事件交织形成的复合型极端事件。为了更好地认识复合型极端事件，IPCC AR6基于现有的新证据评估了复合型极端事件的最新研究成果，并取得一些新认识：扩展了有关复合型极端事件的定义，重点围绕高温干旱复合型极端事件、复合洪水和野火，评估了复合型极端事件的变化特征，探讨了复合型极端事件多因子之间的依赖性，对人类活动的影响进行了归因分析并给出了未来可能的变化。这些评估结果丰富了对复合型极端事件的基本认识。但根据现有的评估可以发现，目前在复合型极端事件发生发展机理认识方面还存在不足;同时，未来仍需进一步完善跨学科跨部門跨区域研究，加强对复合型极端事件形成机理、预估及其对生态系统，经济社会影响风险的评估，提高对区域气候变化的适应能力。

关键词IPCC AR6;复合型极端事件;高温干旱复合型极端事件;复合洪水;野火

IPCC第六次评估报告第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》（以下简称IPCC AR6）于2021年8月9日正式发布。IPCC AR6（IPCC，2021a）涉及了对气候系统和气候变化自然科学方面的最新认识，汇集了气候科学的最新进展，并结合了来自古气候、观测、过程理解、全球和区域气候模拟的多种证据，展示了气候变化的多种方式和原因，并给出了人类对更广泛气候特征（包括极端事件）影响的深入认识。IPCC AR6政府决策者摘要（SPM）基于最新的数据集和新的方法，提供了有关全球和主要区域当前气候变化状态（包括归因）、未来可能的气候变化、用于风险评估和区域适应的气候和信息、以及控制未来气候变化这四个方面的评估结果。值得注意的是，在IPCC AR6 SPM（IPCC，2021b）中，复合型极端事件得到了特别的关注。

事实上，早在IPCC第五次评估报告（IPCC AR5）周期内，专门针对极端事件提供了一份《管理极端事件和灾害风险推进气候变化适应特别报告》（SREX;IPCC，2012）。当时受到文献研究有限的影响，报告并未对复合型极端事件的变化给出确切的评估结论。自IPCC AR5（IPCC，2013）以来，随着复合型极端事件受到了更多的关注，相关的科学研究也得到了不断地发展。在IPCC AR6中（IPCC，2021a），对复合型极端事件开展了深入的评估，针对复合型极端事件的变化、归因和预估均给出了带有信度的评估并反映到了核心结论当中。

本文将基于IPCC AR6的最新评估结论，结合其他相关研究，解读此次评估报告中有关复合型极端事件的最新进展，以加强复合型极端事件的观测变化、归因和未来预估等方面认识。同时，拟通过这一解读为深入和全面地开展极端事件风险管理和适应等提供启示。

1 评估的主要进展与结论

1.1 主要进展

随着全球变暖的不断加剧，复合型极端事件变得更为频繁。在IPCC AR6（IPCC，2021a）的评估中，主要进展包括以下几个方面：

1）扩展并明确了复合型极端事件的定义（表1）。在这次评估周期内，结合目前不同工作组报告的评估需求，将复合型极端事件更广义地定义为导致社会或环境风险的多种驱动因子和/或致灾因子的组合（IPCC，2021a，2021b;Zscheischler et al.，2018）。这里提到的驱动因子包括气候和天气领域中可能跨越多个空间和时间尺度的过程、变量和现象。而致灾因子（如洪水、热浪、野火）通常是具有负面影响的直接物理要素，但偶尔也会产生积极的结果。这一定义与IPCC建立的风险框架紧密有关，并强调复合事件可能不一定由相互依赖的驱动因子引起。因此，IPCC AR6（IPCC，2021a，2021b）中采用了该定义来开展复合型极端事件的评估。

2）首次给出了复合型极端事件的评估结果。得益于可获取的文献等证据的增加，在IPCC AR6（IPCC，2021a）中将复合型极端事件单独成节开展了评估。特别地，针对高温干旱复合极端事件、野火、复合洪水等普遍发生且影响巨大的复合型极端事件给出了目前状况、归因以及未来预估的评估结论。这也是IPCC六次评估报告以来，首次对复合型极端事件给出了带有信度的评估。

3）探讨了复合型极端事件多因子之间的依赖性。通常具有多个驱动因子的洪水被称为复合洪水事件（Bevacqua et al.，2020）。而沿海地区强降水和风暴潮、风暴潮和极端降水等均存在依赖性。已有研究表明，20世纪强降水和风暴潮之间的依赖性增强，导致了美国海岸线更为频繁的风暴潮和强降水复合型极端事件。因此，复合洪水的发生概率可以通过风暴潮和河流流量之间的依赖关系来开展评估。由此可见，提高驱动因子之间的依赖性的认识，有助于给出更为准确的致灾性及其影响评估。

4）强调了小概率高风险的复合型极端事件：2015/2016年的极端厄尔尼诺事件和2018年春夏的极端事件均在全球范围内引起了空间上的复合型极端事件。在这一次评估过程将这两个小概率高风险的复合型极端事件的发生、反馈机理和影响等开展了充分的讨论。并进一步评估给出：如果全球变暖加剧，一些过去和现在气候中可能性较小的复合型极端事件将变得更加频繁，并且在观测记录中前所未有的强度更强、持续时间更长和/或空间范围更广的事件，其发生的可能性将更高（高信度）。

同时，IPCC AR6（IPCC，2021a，2021b）更加关注了可用于气候风险评估、适应和其他决策提供依据的区域气候变化信息，包括（热、冷、雨、旱、雪、风、沿海洪水等）。这也是本次评估报告的主要进展之一。

1.2 复合型极端事件的变化及归因进展

目前针对高温干旱复合型极端事件开展的研究相对较多。由于陆地和大气相互反馈的影响，当天气尺度系统有利于高温发生时通常不利于降水发生，因此导致高温和干旱之间存在强的相关性（Zscheischler and Seneviratne，2017）。比如，在加利福尼亚、澳大利亚东部内陆和欧洲大部分地区均发生过伴随着少雨和极端高温的干旱事件。归因结果表明，高温天气的频率在人类活动的影响下显著增加。全球变暖背景下，高温的增加被认为是高温干旱复合型极端事件增加的主要原因。进一步的分析表明，即使干旱的频率不变，由于高温的增加，高温干旱复合型事件也会增加（Sarhadi and Bum，2016;Yu and Zhai，2020a）。

新的证据表明，近期区域性野火激增是由不断变化的极端天气造成的。其中，由于高温、土壤和空气湿度的偏低，高温干旱为野火的发生提供了有利条件，其相互作用与生态系统类型有关（McKenzie and Littell，2017）。通过统计得到，1979—2013年全球野火季节平均长度增加了19%，受野火季节影响的可燃面积增加了一倍（Jolly et al.，2015）。进一步的归因分析表明，美国西部森林，特别是加利福尼亚州的烧毁范围与人为气候变化有关（Williams et al.，2019）。而对于澳大利亚许多地区的野火天气条件日趋严重至少部分可以归因于人类活动（Dowdy，2018）。然而，由于人类活动影响，特别是土地利用的变化，使得1998—2015年在全球范围内总燃烧面积呈现出了下降趋势（Andela et al.，2017）。

与此同时，沿海和河口区极端事件多发。全球沿海地区产生气候影响的主要驱动因子是洪水。复合洪水的发生可能受风暴潮、极端降水、河流流量相互作用的影响，同时也受海平面上升、海浪和潮汐等影响。除了复合洪水外，在许多沿海以及热带气旋频繁发生的地区也容易发生降水和极端风的复合事件。同样，持续的极端波高也显示出了对海岸的侵蚀作用（Corbella and Stretch，2012）。研究指出，一些沿海和河口地区的复合型极端事件的频率和/或强度在20世纪有所增加。比如，在美国海岸线风暴潮和强降水复合事件的频率变得更为频繁了（Wahl et al.，2015）。

因此，IPCC AR6（IPCC，2021b）指出自20世纪50年代以来，人类活动影响很可能增加了复合型极端事件的发生概率。这包括全球范围内高温干旱复合型极端事件（高信度）、部分有人居住的陆地地区的野火（中等信度）和某些地区的复合洪水（中等信度）频率的增加。

1.3 复合型极端事件的未来预估进展

IPCC AR6（IPCC，2021a）認为，全球变暖背景下，高温干旱复合型极端事件的概率有所增加（Hao et al.，2018）。当全球变暖进一步加剧的情况下，其概率将持续增加。已有研究表明，欧亚大陆北部、欧洲、澳大利亚东南部、美国大部分地区、中国西北部和印度未来预估的高温干旱复合型极端事件都将增加（Schubert et al.，2014;Herrera-Estrada and Sheffield，2017）。未来将面临更大的高温干旱复合型极端事件的风险。对于许多野火多发地区，比如地中海和中国大兴安岭地区（Tian et al.，2017），未来高温干旱事件频率的增加可能会导致野火的增加。

同时，研究表明在进一步变暖的影响下极端降水增加和海平面上升将导致洪水的可能性加剧，特别是在大西洋沿岸和北海地区（Bevacqua et al.，2018）。在全球范围内，到2100年，高排放情景下复合洪水的概率将平均增加25%以上（Bevacqua et al.，2020）。由于海平面将继续上升，其与风暴潮以及河流洪水之间的相互作用将导致沿海地区发生更频繁且更严重的复合洪水事件（Moftakhari et al.，2017）。

针对复合型极端事件的未来预估，IPCC AR6（IPCC，2021b）指出随着全球变暖加剧，许多地区发生复合事件的可能性会增加（高信度）。特别是，高温干旱复合型极端事件可能会变得更加频繁。与全球变暖1.5 ℃相比，在2 ℃及以上的温升水平下，多个地区同时发生极端事件的情况将变得更加频繁，包括在作物产区（高信度）。

2 启示和建议

近年来复合型极端事件的频率不断增加，其变化和影响受到了更多的关注和研究。就在刚刚过去的几个月内，美国西部和加拿大多地发生破纪录高温事件，德国、比利时、中国郑州等地受到极端强降水引发的洪水袭击，地中海和北非地区持续的极端高温天气引起希腊、土耳其、埃尔及利亚等地野火蔓延，同时美国加州也持续受到山林大火肆虐。这些事件的发生大多不是基于单一的驱动因子/致灾因子的。而正是因为多个驱动因子/致灾因子的共同作用，类似复合型极端事件的发生，都会给生态系统、人体健康、社会经济等带来巨大的影响。通过IPCC AR6（IPCC，2021a，2021b）的评估，认识到人类活动影响下复合型极端事件的频率趋于增加。并且，随着未来温升的进一步加剧，复合型极端事件的风险将进一步加大。根据这次的评估结果的分析，可以发现目前复合型极端事件的研究仍需要进一步深入和拓展，特别是以下几个方面：

1）加强有关复合型极端事件多种驱动因子/致灾因子依赖性及相互作用机理的相关研究。虽然很多复合型极端事件的发生具有偶然性，但一些事件其驱动因子/致灾因子之间是存在相互联系、相互作用的。比如上面提到的2015/2016年极端厄尔尼诺事件所导致的复合型极端事件，它主要是由于厄尔尼诺的极端性所引起的多地驱动因子/致灾因子的变化而形成的复合型极端事件。对于沿海地区复合洪水的形成受到了风暴潮、强降水以及海平面上升等存在依赖性的驱动因子的影响。同时，Yu and Zhai （2020a，2020b）从逐日尺度揭示了1961—2018年中国高温干旱复合型事件的变化特征，指出了中国东部人口密集区域高温干旱复合型事件增加更为显著，尤其是在干旱地区的城市中，进一步分析了中国高温与干旱事件的相互作用，指出高温干旱复合型事件的变化主要受到高温事件增加的驱动。可以看出事件之间的依赖性和相互作用具有强的区域差异和季节差异，而目前对这些因子之间的依赖性和相互作用及其对最后形成的复合型极端事件的指示性尚不十分明确。因此，深入开展相关的研究，有助于更好地认识复合型极端事件的变化机理，有利于进一步开展归因研究、给出更为可靠的未来预估。

2）深入开展未来气候变化及其对经济和社会影响风险的评估，提高区域适应能力。随着全球变暖进一步加剧，不同类型的极端天气气候事件的发生概率将越来越高，复合型极端事件的发生也将变得更为可能。而针对复合事件变化的预估相对复杂，比如在对模式不同要素订正的过程中可能会影响不同要素之间的依赖性等。因此，更准确地给出复合型极端事件的未来变化及其风险评估具有很大的挑战。复合型极端事件的影响涉及生态环境、水资源、粮食生产和人体健康等方面。因此，亟须加强复合型极端事件变化未来预估和灾害风险评估，提高区域适应能力，避免未来气候变化所造成的潜在重大风险，保障经济和社会的可持续发展。

3）豐富跨学科跨部门跨区域研究。以往极端事件的研究，多关注于全球或单一区域单个因子的变化。而复合型极端事件的研究涉及的领域比较广泛，多个因子本身可以属于不同天气气候变量，也可以是驱动因子和致灾因子的组合。此外，复合型极端事件也可以是同一时间发生在不同区域的对某一系统/行业造成影响的事件。同时，复合型极端事件所导致的影响远大于单个因子造成影响的总和，有时甚至超过系统的应对能力。仅考虑单一因子或者单一区域，可能会低估相应的发生概率和风险。因此，未来需要开展更多跨学科跨部门跨区域的研究。

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Advances in scientific understanding on compound extreme events

YU Rong，ZHAI Panmao

State Key Laboratory of Severe Weather，Chinese Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081，China

In recent years，extreme weather and climate events have occurred frequently，and are often compound extreme events formed by the interweaving of a variety of events.They have attracted extensive attention and research due to their serious hazards.In order to better understand compound extreme events，IPCC AR6 evaluated the latest research results of compound extreme events based on existing new evidence，and obtained some new understandings.The definition of compound extreme events is expanded.Focusing on heatwave and drought compound extreme events，compound floods and wildfires，the variation characteristics of compound extreme events are evaluated，the dependence among multiple factors of compound extreme events is discussed，the attribution analysis of the impact of human activities is carried out，and the possible projection in the future is given.These assessment results have enriched the current basic understanding of compound extreme events.However，according to the existing assessment，it can be seen that there are still insufficient understandings of the mechanism of occurrence and development of compound extreme events.At the same time，it is still necessary to further improve cross-disciplinary，cross-departmental and cross-regional research，strengthen the assessment of formation mechanism and projection of compound extreme events and their impact and risk on ecosystem，economy and society，and improve the adaptability to regional climate change in the future.

IPCC AR6;compound extreme events;heatwave and drought compound extreme events;compound flood;wildfire

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20210824006

（責任编辑：张福颖）