“氣候鞭打”一詞形象地描述了大氣系統(tǒng)快速切換的劇烈性。近年來(lái)，隨著觀測(cè)與模擬數(shù)據(jù)的積累，研究者們逐漸發(fā)現(xiàn)：全球多個(gè)地區(qū)不僅出現(xiàn)了更極端的干旱、降水、高溫及低溫事件，而且這些事件往往“連環(huán)跳變”式發(fā)生

正如單一極端天氣氣候事件會(huì)威脅人類建設(shè)的環(huán)境韌性一樣，“氣候鞭打”事件也以類似甚至獨(dú)特的方式帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)：加劇生態(tài)系統(tǒng)失衡、影響糧食安全、沖擊公共健康防線和考驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施韌性

未來(lái)“氣溫鞭打”風(fēng)險(xiǎn)的大小可能在很大程度上取決于減少碳排放的努力

盡管長(zhǎng)期氣候模擬中極端降水與氣溫存在較大不確定性，尤其對(duì)遠(yuǎn)期“復(fù)合型鞭打”事件的預(yù)測(cè)仍具挑戰(zhàn)，但其頻率和影響的持續(xù)增長(zhǎng)已對(duì)糧食安全、水電供應(yīng)和基礎(chǔ)設(shè)施韌性構(gòu)成重大挑戰(zhàn)

亟需加快推進(jìn)深度減排進(jìn)程，積極落實(shí)碳中和目標(biāo)，以最大限度降低未來(lái)“復(fù)合型鞭打”所帶來(lái)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)

在全球變暖的背景下，極端氣候事件的頻率和強(qiáng)度顯著上升，“氣候鞭打”（Climate Whiplash）這一新興概念逐漸進(jìn)入學(xué)術(shù)界和公眾視野。

“氣候鞭打”指的是某一地區(qū)在短時(shí)間尺度內(nèi)從一種極端天氣狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相反的極端狀態(tài)，例如從長(zhǎng)期干旱驟然轉(zhuǎn)為暴雨成災(zāi)，可稱為“降水鞭打”或“水文氣候鞭打”，或從氣溫偏高驟然轉(zhuǎn)為低溫，可稱為“氣溫鞭打”或“氣溫快速反轉(zhuǎn)”。

這種劇烈而迅速的天氣氣候波動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施及人類活動(dòng)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

在摩洛哥東南部拉希迪耶附近的沙漠拍攝的暴雨過(guò)后的積水（2024 年 10 月 14 日攝） 新華社 / 美聯(lián)

“氣候鞭打”的形成與演變

“氣候鞭打”一詞形象地描述了大氣系統(tǒng)快速切換的劇烈性。近年來(lái)，研究者們逐漸發(fā)現(xiàn)：全球多個(gè)地區(qū)不僅出現(xiàn)了更極端的干旱、降水、高溫及低溫事件，而且這些事件往往“連環(huán)跳變”式發(fā)生，即干旱之后緊跟暴雨，異常偏暖之后氣溫迅速跳水，或反之。

科學(xué)研究表明，大氣每升高1℃，其水汽承載能力可提升約7%。這意味著在全球變暖背景下，大氣能容納更多水分，在某些條件下釋放更強(qiáng)降水，同時(shí)也能在顯著增暖的背景下通過(guò)增強(qiáng)蒸發(fā)作用使地面迅速干燥。這種“大氣海綿”效應(yīng)，使得極端干或濕事件的強(qiáng)度都在上升，并更容易發(fā)生快速轉(zhuǎn)化，從而構(gòu)成“降水鞭打”的物理基礎(chǔ)。

“氣溫快速反轉(zhuǎn)”事件的發(fā)生往往伴隨著大尺度環(huán)流系統(tǒng)的快速重構(gòu)。例如北美和東亞的冬季，當(dāng)西風(fēng)帶波動(dòng)加劇，極渦南壓與副熱帶高壓增強(qiáng)交替出現(xiàn)時(shí)，可能造成冷暖空氣頻繁交鋒，從而觸發(fā)劇烈溫度波動(dòng)。同樣，厄爾尼諾-南方濤動(dòng)、印度洋偶極子、北大西洋濤動(dòng)等大氣環(huán)流模態(tài)的快速切換也會(huì)擾亂原有氣候格局，使原本應(yīng)是漸進(jìn)的氣溫過(guò)渡過(guò)程變得“跳躍”而劇烈。

此外，地表?xiàng)l件也可以作用于“氣候鞭打”事件的形成與演變。如前一季節(jié)充沛降水增加土壤濕度并促進(jìn)植被生長(zhǎng)，若隨后迅速轉(zhuǎn)為干旱高溫，土壤失墑加快、植被干枯，改變地氣水熱交換，進(jìn)而強(qiáng)化暖干過(guò)程。冰雪覆蓋變化以及大規(guī)模土地利用變化等因素，也會(huì)影響氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)氣溫和降水的波動(dòng)幅度。

相關(guān)研究表明，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，全球超過(guò)60%的區(qū)域已經(jīng)經(jīng)歷了更頻繁、更強(qiáng)烈且變化更迅速的“氣溫快速反轉(zhuǎn)”事件。自20世紀(jì)90年代末以來(lái)，觀測(cè)與模擬結(jié)果均表明，全球平均的“降水鞭打”事件在發(fā)生頻率和強(qiáng)度上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且陸地地區(qū)的增幅相較于全球平均更為顯著。

美國(guó)加利福尼亞州是全球“氣候鞭打”現(xiàn)象研究的熱點(diǎn)區(qū)域之一，其典型特征是極端干旱和暴雨之間的快速切換，給生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)生活帶來(lái)了雙重威脅。2022～2023年和2023～2024年冬季，加州遭遇了多次“大氣河”事件，這是一種像河流一樣在大氣中輸送大量水汽的狹長(zhǎng)帶狀結(jié)構(gòu)，通常長(zhǎng)達(dá)幾千公里，寬數(shù)百公里，常引發(fā)極端降水，發(fā)生破紀(jì)錄的強(qiáng)降水。接著，2024年迎來(lái)了破紀(jì)錄的炎熱夏季，而2025年初，加州又遭遇了異常干燥和強(qiáng)烈的圣安娜風(fēng)，這是一種強(qiáng)烈、干燥的下坡風(fēng)，起源于美國(guó)大盆地的干燥高壓氣團(tuán)，導(dǎo)致洛杉磯縣發(fā)生了有記錄以來(lái)最嚴(yán)重的冬季野火，造成嚴(yán)重的人員傷亡和建筑損毀。

北美其他地區(qū)也頻繁經(jīng)歷“氣溫鞭打”，比如2012年3月，氣溫在不到一周內(nèi)從比常年高出約10℃驟降到低于常年約5℃；2020年9月，落基山脈經(jīng)歷了一場(chǎng)極端氣溫反轉(zhuǎn)，氣溫在一天內(nèi)驟降超過(guò)20℃，從嚴(yán)重高溫?zé)崂搜杆俎D(zhuǎn)為暴雪。

歐洲近年來(lái)也頻繁經(jīng)歷極端濕旱事件的快速交替。2021年，中歐多國(guó)遭遇了百年一遇的強(qiáng)降雨和洪水，造成數(shù)百人死亡；隨后的2022年卻是歐洲自19世紀(jì)下半葉有科學(xué)調(diào)查以來(lái)最干旱的一年。此外，2021年4月，歐洲經(jīng)歷了一次劇烈的“氣溫鞭打”事件，迅速?gòu)呐D(zhuǎn)冷，農(nóng)作物大范圍遭受霜凍災(zāi)害。研究表明，北極增暖及北大西洋濤動(dòng)等大尺度環(huán)流模態(tài)的變化，顯著影響了歐洲地區(qū)“氣候鞭打”事件的發(fā)生頻率與強(qiáng)度。

亞洲，特別是南亞和東亞的季風(fēng)區(qū)，也是“氣候鞭打”事件頻發(fā)的關(guān)鍵區(qū)域。研究表明，東亞夏季風(fēng)以及西太平洋副熱帶高壓的變化，對(duì)中國(guó)東部地區(qū)的干濕快速轉(zhuǎn)換起著重要調(diào)控作用，黃淮海、長(zhǎng)江中下游等主要農(nóng)業(yè)區(qū)對(duì)此類極端事件尤為敏感。2011年，長(zhǎng)江下游地區(qū)自1月起經(jīng)歷了持續(xù)5個(gè)月的創(chuàng)紀(jì)錄干旱，隨后突遭強(qiáng)降雨引發(fā)嚴(yán)重洪澇災(zāi)害。

“氣候鞭打”帶來(lái)更大風(fēng)險(xiǎn)

單一極端天氣氣候事件會(huì)威脅人類建設(shè)的環(huán)境韌性，“氣候鞭打”事件也以類似甚至獨(dú)特的方式帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)。

一是加劇生態(tài)系統(tǒng)失衡。

“氣候鞭打”帶來(lái)的劇烈干濕轉(zhuǎn)換擾亂植物的水分適應(yīng)機(jī)制，導(dǎo)致森林、草原、荒漠等生態(tài)系統(tǒng)的物候節(jié)律紊亂、更新受阻、群落退化。干旱期植被萎縮、土壤干裂，而暴雨則誘發(fā)水土流失和養(yǎng)分淋溶，削弱土壤肥力，進(jìn)一步限制生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力。

頻繁的干濕轉(zhuǎn)換打亂動(dòng)物遷徙、繁殖和覓食節(jié)律，水生動(dòng)物棲息地周期性萎縮或遭破壞，特別影響對(duì)濕度和水文變化高度敏感的兩棲類和昆蟲類物種。

干旱抑制植被光合作用與固碳能力，而極端降水又加速土壤有機(jī)質(zhì)分解，形成“碳源”效應(yīng)，削弱生態(tài)系統(tǒng)作為碳匯的功能。頻繁的“降水鞭打”還增加滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，破壞生態(tài)穩(wěn)定性。

總體而言，“氣候鞭打”顯著增加生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和維持可持續(xù)發(fā)展的不確定性，削弱其穩(wěn)定性與服務(wù)功能，威脅生物多樣性，并可能導(dǎo)致脆弱區(qū)的生態(tài)退化。

二是影響糧食安全。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，干旱導(dǎo)致土壤墑情惡化、作物生長(zhǎng)受阻，直接影響播種成功率和單產(chǎn)水平；而緊隨其后的強(qiáng)降雨又可能引發(fā)農(nóng)田內(nèi)澇、作物倒伏甚至絕收，形成“旱澇雙殺”效應(yīng)。這種劇烈的干濕“鞭打”還會(huì)擾亂農(nóng)作物物候周期，導(dǎo)致播種期與收獲期錯(cuò)位，顯著增加田間管理難度和生產(chǎn)成本。同時(shí)，極端氣候條件為病蟲害的暴發(fā)創(chuàng)造了有利環(huán)境，進(jìn)一步威脅作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

從長(zhǎng)期來(lái)看，頻繁的干濕循環(huán)會(huì)破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，降低土壤持水保肥能力，逐步造成地力衰退。

更值得警惕的是，這種氣候異常會(huì)通過(guò)影響農(nóng)產(chǎn)品供給推高市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，加劇農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)體系的壓力，尤其對(duì)氣候適應(yīng)能力薄弱的發(fā)展中國(guó)家沖擊最為顯著。

三是沖擊公共健康防線。

在生理層面，“氣溫鞭打”事件帶來(lái)的極端溫度波動(dòng)會(huì)擾亂人體體溫調(diào)節(jié)機(jī)制，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)功能紊亂，顯著增加呼吸系統(tǒng)疾病和心血管急癥的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)老年人、兒童及慢性病患者等影響更為突出。

此外，氣溫劇烈波動(dòng)還通過(guò)多種機(jī)制加劇空氣污染暴露風(fēng)險(xiǎn)：氣溫偏低階段，逆溫效應(yīng)增強(qiáng)和邊界層高度降低造成大氣污染物擴(kuò)散能力下降并導(dǎo)致PM2.5等有害物質(zhì)積聚；而在急劇升溫過(guò)程中，光化學(xué)反應(yīng)加速則會(huì)促使臭氧濃度快速攀升，形成“變溫-污染”復(fù)合暴露場(chǎng)景。這種疊加效應(yīng)不僅放大了健康風(fēng)險(xiǎn)，也對(duì)公共健康系統(tǒng)的預(yù)警、干預(yù)和應(yīng)對(duì)能力提出更高要求。

四是考驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施韌性。

“氣溫鞭打”事件不僅對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成物理破壞風(fēng)險(xiǎn)，也對(duì)能源安全和設(shè)施韌性提出更高要求。突升或驟降的氣溫會(huì)導(dǎo)致電力需求在短時(shí)間內(nèi)大幅波動(dòng)，例如極端高溫引發(fā)空調(diào)負(fù)荷激增，而突如其來(lái)的嚴(yán)寒則增加供暖壓力，加重電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。同時(shí)，天然氣等能源調(diào)配難度上升，調(diào)峰與儲(chǔ)能能力面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。

此外，交通與市政設(shè)施亦深受影響。道路、橋梁在冷熱反復(fù)作用下易發(fā)生凍融破壞或熱脹冷縮損傷，縮短使用壽命、增加維護(hù)成本；供水管網(wǎng)在嚴(yán)寒中易凍裂爆管，影響城市運(yùn)行；建筑結(jié)構(gòu)則因熱應(yīng)力變化而出現(xiàn)裂縫、材料老化加速。

因此，加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)案、基礎(chǔ)設(shè)施氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)和能源系統(tǒng)智能調(diào)控已成為應(yīng)對(duì)該類氣候極端事件的必要舉措。

人們?cè)诹⑻胀鹁S爾紐斯一處噴泉戲水（2025 年 7 月 3 日攝） 新華社 / 美聯(lián)

未來(lái)“氣候鞭打”或呈加劇趨勢(shì)

最新氣候模式預(yù)測(cè)結(jié)果表明，在溫室氣體高排放情景下，相較于1979～2019年，2060～2099年全球大多數(shù)地區(qū)的“降水鞭打”事件在頻率、過(guò)渡持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度等特征上表現(xiàn)出顯著且穩(wěn)健的變化。

研究表明，2060～2099年，全球范圍“降水鞭打”事件的總頻率預(yù)計(jì)將增加至1979～2019年的2.56±0.16倍，而陸地地區(qū)的響應(yīng)則更為劇烈，預(yù)計(jì)總頻率將增加至3.43±0.22倍。這一現(xiàn)象表明，隨著氣候變暖導(dǎo)致的水循環(huán)加劇，全球氣候變得更濕潤(rùn)且降水更具變異性，從而使極端降水事件更頻繁且快速地交替發(fā)生。

此外，《地球的未來(lái)》2022年的研究指出，在高排放情景下，到21世紀(jì)末，全球有13.6%的陸地地區(qū)可能會(huì)頻繁經(jīng)歷干轉(zhuǎn)濕型“降水鞭打”事件，這種轉(zhuǎn)換發(fā)生的概率超過(guò)50%，是上個(gè)世紀(jì)水平的5倍。

相關(guān)研究預(yù)測(cè)，強(qiáng)度較弱的干轉(zhuǎn)濕型“降水鞭打”事件將因溫室氣體排放的持續(xù)增長(zhǎng)而變得更加頻繁且分布范圍更廣，在北美西部與東部、南亞與東亞以及東非地區(qū)的表現(xiàn)尤為顯著。相比之下，強(qiáng)度較強(qiáng)的干轉(zhuǎn)濕型“降水鞭打”事件的未來(lái)熱點(diǎn)區(qū)域尚難以準(zhǔn)確判斷，因其發(fā)生概率存在較大不確定性。

然而，全球易受影響的陸地面積增加支持了這樣一個(gè)推斷：隨著全球氣溫升高，一些過(guò)去較少出現(xiàn)旱澇急轉(zhuǎn)的地區(qū)在未來(lái)可能成為新的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。這意味著，未來(lái)不同地區(qū)在應(yīng)對(duì)快速且劇烈的“降水鞭打”事件時(shí)，將面臨更加復(fù)雜的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理和適應(yīng)挑戰(zhàn)。

《自然-通訊》雜志2025年的研究表明，在高排放情景下，多模式集合平均預(yù)測(cè)2071～2100年暖轉(zhuǎn)冷型“氣溫快速反轉(zhuǎn)”事件的全球平均發(fā)生頻率將較氣候基準(zhǔn)期（1961～1990年）增加約8.03%±5.15%，而冷轉(zhuǎn)暖型事件將增加6.73%±6.44%。另外，兩類“氣溫快速反轉(zhuǎn)”事件的全球平均強(qiáng)度均顯著增強(qiáng)，且冷暖過(guò)渡持續(xù)時(shí)間將分別縮短3.24%±0.55%和2.47%±0.68%。

從空間分布來(lái)看，研究預(yù)測(cè)，在2023～2100年期間，全球陸地幾乎所有區(qū)域的“氣溫快速反轉(zhuǎn)”事件中，暖轉(zhuǎn)冷型和冷轉(zhuǎn)暖型的過(guò)渡持續(xù)時(shí)間將顯著縮短，同時(shí)其發(fā)生頻率和強(qiáng)度也將顯著上升。一些熱帶地區(qū)如拉丁美洲國(guó)家，因脆弱性較高且適應(yīng)能力較弱，預(yù)計(jì)將在日益加劇的“氣溫快速反轉(zhuǎn)”事件中面臨更加嚴(yán)峻的威脅；而在一些高緯度地區(qū)，“氣溫快速反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象則有所減弱。研究顯示，相比于高排放情景，在中等和低排放情景下，“氣溫快速反轉(zhuǎn)”事件的頻率和強(qiáng)度升高、過(guò)渡持續(xù)時(shí)間縮短的趨勢(shì)將在多數(shù)地區(qū)大幅減弱。這表明，未來(lái)“氣溫鞭打”風(fēng)險(xiǎn)的大小可能在很大程度上取決于減少碳排放的努力。

暴雨與暖干復(fù)合事件之間的突變被定義為“復(fù)合型鞭打”事件。《地球的未來(lái)》2023年的研究顯示，在高排放情景下，此類事件的發(fā)生頻率到本世紀(jì)末將增加至當(dāng)前的2至3.5倍，即便在中等排放情景下也將達(dá)到2至3倍。其威脅的不斷上升，不僅由于發(fā)生頻率的顯著增加，更因事件強(qiáng)度的增強(qiáng)和影響范圍的擴(kuò)展。

研究指出，這一趨勢(shì)在東亞季風(fēng)區(qū)尤為顯著，表現(xiàn)為該區(qū)域的“復(fù)合型鞭打”事件頻率至本世紀(jì)末預(yù)計(jì)將上升240%，高于全球平均水平。由此導(dǎo)致的此類事件的暴露人口將在亞洲范圍內(nèi)激增2至3倍，尤其是在印度北部和東亞季風(fēng)區(qū)等人口密集且持續(xù)增長(zhǎng)的地區(qū)，這些區(qū)域面臨的挑戰(zhàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人口稀少且預(yù)計(jì)人口將減少的其他地區(qū)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，盡管長(zhǎng)期氣候模擬中極端降水與氣溫存在較大不確定性，尤其對(duì)遠(yuǎn)期“復(fù)合型鞭打”事件的預(yù)測(cè)仍具挑戰(zhàn)，但其頻率和影響的持續(xù)增長(zhǎng)已對(duì)糧食安全、水電供應(yīng)和基礎(chǔ)設(shè)施韌性構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。應(yīng)對(duì)這一復(fù)合風(fēng)險(xiǎn)亟需跨學(xué)科協(xié)同，包括完善城市排水系統(tǒng)、推進(jìn)水資源綜合管理、提高用水效率等，以全面提升防洪抗旱能力。從減災(zāi)角度來(lái)看，控制溫室氣體排放有助于在一定程度上降低“復(fù)合型鞭打”風(fēng)險(xiǎn)。研究顯示，在中等排放情景下，此類事件的頻率相比高排放情景可減少約五分之一。這些研究提醒世人，亟需加快推進(jìn)深度減排進(jìn)程，積極落實(shí)碳中和目標(biāo)，以最大限度降低未來(lái)“復(fù)合型鞭打”所帶來(lái)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

作者單位：國(guó)家氣候中心