气候变化对全球粮食安全构成威胁。极端天气和气候，如长期干旱、暴雨和热浪，可能导致歉收。在地球不断变暖的情况下，这些事件的严重程度和发生频率都在加剧。

此外，这类事件还可能扰乱供应链，减少粮食供应并导致价格飙升。

我们此前的研究表明，当极端天气事件同时发生时（比如热浪和干旱同时出现），可能会对被称为“粮仓”（Breadbaskets）的主要作物产区的产量产生负面影响。

这种复合型极端天气事件造成了日益严重的粮食安全风险。

我们在发表于《自然-通讯》（Nature Communications）上的最新论文中，强调了可能同时导致多个产粮区作物减产的因素。我们还研究了最先进的气候和作物模型在多大程度上能够再现观测到的关系。

我们发现，气候模型往往低估了复合型极端天气事件的风险，这可能会导致我们对未来影响的理解出现“盲点”。

复杂的气候风险

在不断变化的气候条件下，保证全球粮食安全是一项全球性挑战。

要想成功应对该挑战，人们需要对未来气候条件进行可靠的预测，以制定合理的预防性适应措施。

从事这种评估并非易事。它们依赖于结合气候模型和作物模型的“耦合”实验。为充分了解风险，研究者还必须对各种排放情景进行预测。

极端气候虽然罕见，但影响巨大。我们确定未来农业气候风险的准确性取决于气候模型准确再现极端气候事件频率和规模的能力，以及作物模型在模拟作物反应方面的准确性。

研究表明，作为极端天气趋势愈演愈烈的直接后果，气候风险正日趋复杂，多个极端事件相互作用。

更多和更持久的极端天气意味着，连续气候灾害发生的可能性上升。

例如，两个飓风连续袭击同一地区、同一地点同时发生多种不同的灾害（如热浪和干旱并存）或全球同时发生多种灾害（如多个地区的热浪）。

这种“复合型”天气事件通常会产生更大的影响，往往超过每种灾害单发时的影响总和。相互作用的影响给现有的脆弱地点，以及备灾和救灾措施带来额外的压力。

例如，如果热浪与严重干旱同时发生，就会对当地的农作物生产造成灾难性打击。一个地区持续遭遇热浪会导致作物歉收，而这些作物在经历单次热浪时可能得以存活。

“粮仓”

从全球粮食安全的角度来看，复合型极端天气问题尤其严重，因为它们可能导致多个作物产区（即“粮仓”）同时歉收。

因此，严重依赖粮食进口的国家可能会面临更严重的粮食不安全问题，因为全球粮食短缺可能导致价格飙升，甚至导致一些国家设置出口禁令。

中纬度地区被称为“粮仓”的主要作物生产区（绿色）；喷射气流位于其常见位置之一（紫色）；斜线区域分别代表受到正（红色）负（紫色）距平影响。来源：Kai Kornhuber

许多粮仓（如北美中部、西欧和东欧以及亚洲）都位于中纬度温带气候区。在这些地区，天气模式受喷射气流（又称高速气流；Jet stream）控制，这是一种环绕地球的高速气流带。

在过去几年中，一些最不寻常的气候事件展现了喷射气流在驱动极端天气现象方面的重要作用。

2021年，位于北美的太平洋西北地区出现创纪录的“热穹”（Heat dome），引发了野火，造成数百人死亡，这与喷射气流中强烈的“脊”直接相关。这导致高压系统在该地区上空徘徊。与之类似的是，2018年和2019年欧洲破纪录的热浪也与蜿蜒曲折的喷射气流有关。

这些蜿蜒气流也被称为罗斯贝波（Rossby waves）。它们通常会在全球大范围内展开，从而推动多个地区同时出现极端天气。2022年北半球夏季，一条剧烈蜿蜒的射流导致美国、欧洲和中国同时出现极端天气，当时媒体迅速指出了这些热浪之间的相互联系。

下图显示了2022年7月18日这一周北半球的表面温度距平，红色表示高于平均温度的地区。五个热浪（见圆圈）的同时出现系由蜿蜒的喷射气流造成。

图为2022年7月18日开始的一周的地表温度距平，红色表示温度较高。五个圈出区域由于喷射气流的蜿蜒而同时经历高温。来源：UK Met Office (2022)

我们此前的研究表明，某些喷射气流模式不仅会增加极端天气事件的发生，还会对主要粮仓地区的作物产量产生负面影响。

在本篇论文中，我们表明在有剧烈蜿蜒的喷射气流模式的夏季，几个主要作物产区易同时出现歉收。在某些地区这种事件发生的概率增加了三倍。这对粮食安全构成风险。

蜿蜒的喷射气流

考虑到喷射气流对天气和气候事件的重要性，以及这些极端天气事件对农业生产等社会系统造成的巨大影响，如何量化其对气候变化的反应是一个亟待解决的重要问题。

此前研究表明，未来的气候变化将导致持续极端天气的增加。迄今为止，观测结果还没有证实剧烈蜿蜒的喷射气流频率可能发生变化。然而，即便其频率不变，不断上升的背景温度也将使与这种模式相关的热浪影响更大。

我们的新研究着眼于1960年至2014年期间，在蜿蜒的喷射气流事件中观察到的作物产量下降。我们将观测结果与哥白尼/欧洲中期（Copernicus/ECMWF）全球大气再分析产品（ERA5）驱动的的作物模型，以及第六次耦合模型比较计划（CMIP6）最新的作物-气候耦合模型进行了比较。

除了研究模型再现历史数据的能力，我们还研究了在SSP5-8.5情景下，喷射气流在2045年至2099年的响应。SSP5-8.5是研究下个世纪的世界可能发生何种变化的一系列“路径”之一。通过该方法，我们能够讨论作物响应模型链中不确定性的来源。

在现有的全套路径中，SSP5-8.5近乎是不受限制的变暖的最坏情景，许多人可能认为其并不现实。

但是，正是由于这种情景的极端性，才使其有助于比较模型和观测结果的影响。我们的结论并非基于这一特定预测，而是具有更普遍的意义。

低估

我们的研究结果表明，在SSP5-8.5极高排放情景下，气候模型并没有显示出蜿蜒射流频率的显著增加。

最为重要的是，我们发现，虽然目前的气候模型展现了蜿蜒射流的位置和强度，但它们不能准确地再现局部温度距平的大小。因此，这低估了这些蜿蜒气流对极端天气事件的影响。

这种低估情况在以前的气候模型中已被证明，但我们的研究显示，在用于研究影响的最新一代模型中，类似问题依然存在。

此外，我们还确定了在因这些蜿蜒气流而导致的区域气候平均变化之外，还可能经历高温放大的地区。北美和西伯利亚最近遭遇了异常极端天气的影响，它们面临更高的风险。

面临挑战

人们普遍认为，气候模型在描绘极端天气事件时可能会遇到困难。

要了解与气候变化相关的复杂风险，就必须精确地展现极端天气事件的位置、规模、频率和时间。所有这些在未来如何变化将取决于不同的排放情景。

虽然气候模型预测了地球系统对持续温室气体排放的平均响应，但我们的分析表明，这些模型可能低估了同时发生的极端天气事件对区域作物产量的潜在影响，以及它们面临共同歉收的后果。

在过去许多破纪录的极端天气事件中，喷射气流中的驻波是重要因素，例如2021年夏季影响太平洋西北地区的热浪。准确展现与这种模式相关的表面温度距平，对于理解这些极端事件的加速趋势至关重要。

我们的研究表明，目前的气候风险评估可能忽略了多个极端事件复杂的相互作用中处于高风险的行业和地区，这些极端事件通常与大气中的动力机制和气候变化有关。

这突出表明，目前亟待进行更多实证和基于过程的研究，以改进与气候和农业有关的模型。

气候模型对同步发生的歉收以及其他高风险地区的低估，突显出如果不迅速减少排放，极端气候的复杂性可能会增加，甚至达到失控的程度。

本文作者是：凯·科恩胡伯博士（Dr Kai Kornhuber）气候分析组织（Climate Analytics）高级科学家、拉蒙特-多尔蒂地球观测所（LDEO）兼职助理研究科学家、哥伦比亚气候学院（Columbia Climate School）兼职教授和德国外交关系理事会（German Council on Foreign Relations）高级研究员

来源：碳中和专委会