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科大研究警告气候变化威胁加速:「降水鞭打」现象最早于2028年起愈见频繁

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由科大土木及环境工程学系陆萌茜教授(左)和郑达勋博士(右)领导的最新研究指出,气候暖化将令快速传播型的MJO现象于2028年起增多,引致地球面临更频繁的「降水鞭打」现象(即旱灾和暴雨急剧交替)。

由科大土木及环境工程学系陆萌茜教授(左)和郑达勋博士(右)领导的最新研究指出,气候暖化将令快速传播型的MJO现象于2028年起增多,引致地球面临更频繁的「降水鞭打」现象(即旱灾和暴雨急剧交替)。

马登-朱利安振荡 (MJO)传播的各种原型及其对未来降雨变化的影响分析

马登-朱利安振荡 (MJO)传播的各种原型及其对未来降雨变化的影响分析

与马登-朱利安振荡(MJO)东向加速相关的关键物理过程

与马登-朱利安振荡(MJO)东向加速相关的关键物理过程

「降水鞭打」频率和环流变化在「快速或跳跃型」与「慢速或静止型」两种MJO情境下差异的未来变化

「降水鞭打」频率和环流变化在「快速或跳跃型」与「慢速或静止型」两种MJO情境下差异的未来变化

香港科技大学(科大)最近发表的一项研究发现,地球将最早于2028年起面临更频繁的「降水鞭打」现象,即旱灾和暴雨急剧交替,又称「旱涝急转」。这项研究由科大土木及环境工程学系陆萌茜教授和郑达勋博士主导,指出相关风险增加的成因主要在于全球暖化背景下,快速传播型「马登-朱利安振荡」(Madden-Julian Oscillation,简称MJO)的现象将会显著激增。

这项重要研究成果现已于顶尖期刊《自然-通讯》发表,为改进「次季节预报」(Subseasonal Prediction,即二至六周前的天气预测)开辟新路径。这项研究将有助于提升防灾减灾决策及应对能力,并有助加强粮食和水安全、能源管理和基础设施的复原力。

关于「马登-朱利安振荡」

所谓MJO,是指一种向东传播的行星尺度扰动现象,其主导着北半球冬季热带地区的季节内(指30至90天)气候变率。作为次季节预报最重要的可预测性来源之一,其对全球降雨形态、极端天气、热带气旋生成、季风系统及中纬度环流形态皆有深远影响。

过去研究普遍指出,人为温室气体排放所引起的气候暖化会加速MJO传播,但其背后的物理机制仍存争议,而且不同理论对传播速率的估算亦存在分歧。

科大研究中的关键发现

为厘清这个问题,由科大牵头的研究团队采用了第六阶段耦合模式比较计划(CMIP6)中的28个耦合大气环流模式(CGCMs),展开分析工作。这些模式是当前模拟未来温室气体浓度上升效应和土地利用变化最先进的工具。

研究团队预测,与历史基准期(1979-2014年)相比,至21世纪末,快速传播型MJO事件将激增40%。更迫在眉睫的是,研究警告称「跳跃型」MJO事件(即对流突然转移的快速传播事件)在近期(最早2028-2063年)将更加频繁。所谓「跳跃型」MJO的形成机制源于强烈的西传赤道罗斯贝波(Rossby wave),该波动能阻断MJO常态东传进程,同时在西太平洋激发新的对流活动,导致MJO相关异常信号呈现非连续的空间跃迁特征。

全球极端天气的影响

「全球『降水鞭打』现象日益受到关注,近期有研究显示,自20世纪中叶以来,这类事件已增加了31–66%。」论文第一作者、科大博士后研究员郑达勋博士解释研究成果时指出:「2022年美国加州的旱涝急转就是典型案例,当地首先经历了严重的干旱与山火,随后再遭遇破纪录的暴雨,引发洪灾与山崩。MJO事件的加速将大大缩短应对复合灾害的反应时间,若无适当调适措施,社会将会措手不及。」

他进一步指出,随着气候暖化,快速MJO事件会不断增加,这将带来更频繁的极端干湿天气现象。若高排放的情况持续,此趋势最早将于2028年显现。

身兼郑博士导师的科大潘乐陶气候变化与可持续发展研究中心主任、土木及环境工程学系副教授陆萌茜强调,此研究对推进「无缝隙」天气气候预报技术,及对自然与人工环境的可持续发展意义重大。

她补充道:「未来数值模式若能有效模拟MJO多样化的传播特征,这将会提升我们对极端复合天气的预测能力,预警时间可提前至四至五周以上。这并将会显著减少因极端复合天气造成的人员伤亡以及对生态系统和人类社会的破坏。」

于《自然通讯》发表

本研究由上述两位作者联同夏威夷大学马诺阿分校的王斌教授、中山大学的刘飞教授、以及南京信息工程大学的陈国森教授合作完成。研究成果已发表于综合科学领域的顶尖期刊《自然通讯》,题目为《Shifts in MJO Behavior Enhance Predictability of Subseasonal Precipitation Whiplashes》。

从研究到实际运用

是项研究亦助力了meteoNEX系统开发。该系统凭借「无缝隙天气气候预报」服务,于第五十届日内瓦国际发明展荣获金奖。此项研究也为由科大牵头的全球跨学科倡议——「推动自然和人为环境可持续性的无缝预测与服务计划」(简称SEPRESS)所支持。该计划近日获联合国教科文组织(UNESCO)正式认可,并纳入「联合国科学促进可持续发展国际十年(2024-2033)」(IDSSD)行动计划之一。

「我们团队目前的工作重点是透过可靠的气象与次季节气候预报来增强公众对科学的信任。同时,团队也将与SEPRESS计划下的全球合作伙伴共同制定策略,应对未来旱涝急转事件频发的趋势。」陆教授继续补充道:「我们的目标是透过公平透明的R2O策略,致力拉近科研成果与社会需求的距离。」

关于香港科技大学
香港科技大学(科大)(https://www.hkust.edu.hk/zh-hans) 是国际知名的大学,致力推动创新教学、卓越研究及具影响力的知识转移。科大着重为学生提供全面及跨学科的教学,于《泰晤士高等教育全球年轻大学排名榜2024》中排行第三,在《泰晤士高等教育大学影响力排名2024》中全球排第19、全港第一。另有 13 个科目跻身《2025 年 QS 世界大学学科排名》全球50强,其中「数据科学及人工智能」学科全球排名第17位,蝉联本地大学之冠。此外,科大在全球大学就业能力排名中,一直位处全球首30名以内,反映毕业生极具竞争力。在研究及创业创新方面,逾八成的科大研究,于香港的大学教育资助委员会最新的「2020研究评审工作」被评为「国际卓越」或「世界领先」水平。直至2025年5月,科大成员共创立了逾1,800间至今活跃的初创公司,当中包括10间独角兽企业和17间成功退场的公司(上市集资或被并购)。

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