平均降水和极端降水对全球气候和生态系统具有重要影响。随着全球变暖，它们正在发生显著的变化。然而，基于气候模式的预测结果存在很大的不确定性，这给未来的灾害风险管理和政策制定带来了挑战。浙江大学地球科学学院戴攀曦副教授及其合作者们利用观测记录的全球增温趋势约束修正气候变暖下的区域尺度平均降水和极端降水的气候预估，研究结果揭示，这种方法显著降低了未来区域降水预估的不确定性，为气候变化的灾害成本评估与应对政策制定提供了重要的科学依据和有价值的信息。相关成果以“Constraints on regional projections of mean and extreme precipitation under warming”为题，于2024年3月4日在线发表在《美国科学院院刊》（PNAS）。

全球变暖后水循环会发生怎样的变化？这一直是气候变化研究的核心问题之一。气候模式预测增暖后全球大部分地区的水循环会加强，但其增加幅度存在较大的模式间差异。针对此问题，以往研究主要关注全球平均的降水变化，但全球平均量缺乏对不同区域的代表性和指导性，各地区降水变化才是政策制定者和所在地的社会公众更关心的问题。该研究正是在区域尺度上约束修正平均和极端降水的气候预估，为学界和公众提供更可信赖的气候变化信息。

该研究采用涌现约束的思路，即寻找气候模式预测的降水变化和模拟的可观测量的相关关系，利用此关系并结合历史记录的观测值，约束修正未来降水的气候预估。分析表明，降水变化与模式的气候敏感性之间存在显著的相关关系。前人研究所忽略的重要一点是，此相关关系在区域尺度上对大部分地区也成立。通过对平均降水和极端降水进行动力学和热力学分解，该研究进一步阐明了区域尺度相关关系来自大气增温对水汽含量的紧密控制，从而为此统计关系提供了可解释的底层物理基础。基于以上关系，该研究通过观测记录的全球增温趋势对多模式的未来降水预估进行了修正，缩小了各地区降水预估的不确定性（图1）。

约束修正后的降水预估也可以服务改进如干旱、植被、灾害风险等其它的气候影响预估。研究结果解答了社会公众对未来降水变化的问题，为气候变化的灾害成本评估与应对政策制定提供了重要信息。

图1 经过约束修正，高排放情景下本世纪末全球各区域（a）平均降水和（b）极端降水的气候预估。各区域分别用六边形表示，六边形上方为区域名称缩写，填色为降水的相对变化；下方左右圆点分别代表约束对多模式集合平均值和模式间方差的减小。

论文的第一作者是浙江大学地球科学学院戴攀曦副教授，通讯作者是北京大学物理学院聂绩长聘副教授，其他合作者包括北京大学物理学院俞妍助理教授和浙江大学地球科学学院吴仁广教授。该研究受到科技部重点研发计划、国家自然科学基金和北京市自然科学基金资助。

戴攀曦副教授之前已针对极端降水对全球变暖的响应开展了一系列研究，包括发现全球变暖下极端风暴的尺度扩张并阐明其背后机理（Dai and Nie, Geophysical Research Letters, 2022; Nature研究亮点），论述极端降水气候响应区域特征的物理成因（Nie et al., PNAS, 2020）等。此成果是在极端降水研究领域的又一重要进展。

参考文献：

Dai, P., J. Nie, Y. Yu, and R. Wu, 2024: Constraints on regional projections of mean and extreme precipitation under warming. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121, e2312400121, https://doi.org/10.1073/pnas.2312400121.

Dai, P., and J. Nie, 2022: Robust Expansion of Extreme Midlatitude Storms Under Global Warming. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL099007, https://doi.org/10.1029/2022GL099007.

 Nie, J., P. Dai, and A. H. Sobel, 2020: Dry and moist dynamics shape regional patterns of extreme precipitation sensitivity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117, 8757–8763, https://doi.org/10.1073/pnas.1913584117.