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发布时间：2026-05-29
《自然》正刊：张庆红/John T. Allen课题组揭示未来全球变暖背景下冰雹潜在灾害风险的变化规律
近日，北京大学物理学院大气与海洋科学系老体制教授张庆红课题组联合美国中央密歇根大学John T. Allen教授，基于全球冰雹风暴事件与冰雹轨迹模拟，定量评估了未来全球变暖背景下冰雹灾害风险的变化趋势。研究发现：随着气候持续变暖，全球冰雹灾害潜势将在21世纪末显著增强，原因是变暖所伴随的冰雹谱分布向大冰雹偏移。相关成果以题为“Rising global hail damage potential in a warming world”的文章发表于国际顶级学术期刊 Nature，并被选为当期封面。
冰雹风暴是全球频发的高影响灾害天气系统之一，具有空间尺度小、生命史短，突发性强和破坏力大等特点。随着人类活动导致的温室气体持续排放，全球地表平均温度连年升高，在过去的两年中（2024-2025年），全球多地频繁出现极端冰雹事件，但是受全球冰雹观测系统的非一致性以及冰雹生长物理过程的复杂性影响，变暖背景下的全球冰雹灾害潜势变化趋势一直被IPCC报告认为是低信度。
针对这一难题，研究团队基于卫星观测识别的全球14,297次强冰雹风暴事件和CMIP6气候模式，结合准三维冰雹生长模型（semi-3D hail trajectory model）与伪全球变暖（Pseudo Global Warming, PGW）方法，定量评估了未来不同排放情景下（SSP245，SSP370，SSP585）冰雹谱分布与灾害潜势的变化。
研究发现，未来近地面冰雹谱分布将整体向“大冰雹”方向偏移（图1）。相比历史气候态，未来30毫米以下小冰雹的发生频率减少约4-12%，而30毫米以上大冰雹的发生频率则增加约38%–52%，导致全球冰雹灾害潜势显著增强，近地面冰雹累积动能预计增加约37%–42%，且排放情景越高，增幅越明显。
图1： 21世纪末冰雹灾害潜势的变化。(a) EC-Earth3 模式模拟的当前气候（1985–2014年）与未来气候（2071–2100年）SSP585排放情景之累计动能差异（AKED）的全球分布，差值定义为未来值减去当前值。每个 5° × 5° 网格中的情景累计动能（AKE）为该网格内所有冰雹事件的平均值。点状区域表示差异通过了 Student’s t 检验的 95% 显著性水平。(b) 当前气候背景（HIST，黑色）和 未来SSP585 排放情景（紫色）下，融化层高度（MLH，虚线）以及融化后近地表（SFC，彩色实线）的冰雹直径谱分布。
研究进一步揭示了这种变化背后的关键物理机制。未来增暖增湿的低层大气环境能够提供更丰富的云中液态水含量，更强的上升气流，使冰雹在云中获得更高的增长效率，大冰雹数目增加。然而，全球变暖同时也会抬升融化层高度，该过程对小冰雹影响更大，因此近地面小冰雹数量减少。
区域尺度上，未来冰雹灾害变化呈现显著空间差异（图1）。灾害潜势增强的冰雹事件主要分布于中高纬地区（如中国北方、美国大平原、欧洲）。这些区域低层大气强升温与弱增湿叠加，使大气不稳定能量大幅增加，上升气流更强，冰雹增长效应超过融化损失影响，更容易形成大冰雹。相比之下，热带及季风区（如赤道非洲、东南亚）低层大气升温较弱、增湿明显，不稳定能量增加有限，而融化层升高与增长层变薄导致冰雹融化损失效应更加明显，最终使近地面冰雹尺寸减小，灾害潜势减弱。
该研究首次从全球角度定量评估了气候变暖背景下冰雹谱分布与灾害潜势的演变规律，为未来冰雹风险评估、防灾减灾和气候适应性规划提供了重要科学依据。
论文第一作者为北京大学大气与海洋科学系博士生张诗怡，北京大学物理学院老体制教授张庆红和美国中央密歇根大学教授John T. Allen为共同通讯作者。上述研究得到国家自然科学基金重点项目（42030607），北京市科技计划项目（Z251100004525005），美国国家科学基金会项目（AGS-1945286），以及中国科学院重大科技基础设施建设项目（地球系统数值模拟装置）资助。 | 
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