近年来，新疆的洪水灾害呈现多发态势。2018年7月，新疆哈密市伊州区突降特大暴雨引发洪水，造成20人遇难，8人失踪。今年7月至9月下旬，新疆塔里木河的洪水持续了80天。洪水的背后是异常的高温融雪和多次暴雨的袭击。
这与印象中干旱的大西北相去甚远
而这一现象的出现可能并非偶然▼
新疆地区的气候变化如今广受关注，大家谈及它的时候往往用“西北暖湿化”来概括。所谓“西北暖湿化”，就是说西北地区在近三四十年中，呈现气温上升和降水增加的趋势。这样的一个趋势是否真的存在？它是否受全球变暖的影响？在未来，它是否会改变西北“荒漠戈壁”的地貌呢？
在全球气候变化的大背景下
局部地区的气候变化也许更值得深究
（图：图虫创意）▼
“西北暖湿化”是否存在？
“西北暖湿化”最早是由著名地理学家、冰川学家施雅风院士在本世纪初提出的。随后，大量针对西北的气候变化研究陆续展开。
从1979年到2019年间，西北地区的年平均降水量增加显著，尤其是新疆西部及北部的部分站点，每10年降水的增加趋势超过15mm。也就是说，在40年间增加了60mm以上。
如果分不同月份来看西北地区的平均值，秋、冬季节各月份降水增加的较为显著，其中最明显的9月份，西北地区的降水在40年间增加了约10mm。
多年平均的降水量▼
1979年-2019年降水变化的趋势▼
很明显能看到9月降水量的增加是最显著的▼
西北地区是典型的内陆干旱和半干旱地区，相较于我国其他地区年降水量稀少，大部分地区年降水量少于200毫米/年。
中国干湿分区图▼
来自海洋的水汽输送是形成降水的必要条件，但深处内陆的西北地区距离大西洋、印度洋、太平洋和北冰洋都非常遥远。南边的青藏高原、西边的帕米尔高原、北边的天山山脉和阿尔泰山脉、东边的黄土高原更是将这里层层包裹，把遥远运来、所剩无几的水汽“拒之门外”。
这地形真的是层层封锁，生怕放进来一点水汽▼
如果考虑到西北地区本身降水稀少，这几十年来降水的变化不可谓不大。
“西北暖湿化”的原因
工业革命以来，人类活动排放的二氧化碳显著提升了全球地表平均温度。在“全球变暖”的大背景下，世界上各个地区都正在经历着前所未有的变化。“西北暖湿化”正是全球变化在中国西北一隅的小小缩影。
全球二氧化碳排放量自工业革命后急速飙升▼
从字面意思上讲，“全球变暖”指的是全球地表平均温度的升高，但在更多时候，我们在使用这个词语时往往扩大了它本身的内涵，指地球上的气候系统的多个方面正在发生着的变化。也就是说，“全球变暖”基本上指代了“气候变化”。
当前气候变化的主要驱动力
是入射太阳辐射和射出热辐射之间的辐射平衡
受到自然和人为胁迫的影响
（图：encyclopedie）▼
之所以会这样，有一个原因是，我们很确信全球地表平均温度一直在增加，因此也能较好地预估它在未来的变化。但是，相较全球平均变化而言，我们对于各地气候的具体变化了解较少，因此这种预估具有很大的不确定性。
全球整体的平均气温尚能大致预测
但具体到其中某一地区，情况其实是相当复杂的
（蓝色的不确定条显示了95%的置信区间 参考：wiki）▼
北极的冰川加速融化
是全球地表平均温度升高最明显的表现
（图：wiki）▼
而且，我们对于气候系统的其他方面的变化，了解就更少了，比如各地降水的增加或者减少、台风频率和强度的变化、冰川和冰盖的融化速度等。
什么时候才能摸清这家伙的“活动”规律呢
（2015年的台风灿鸿、浪卡 图：wiki）▼
具体到我国西北地区，“全球变暖”使得西北地区的降水会如何发生变化？在上世纪末和本世纪初，学术界广泛接受的是“干更干，湿更湿”的观点，也就是原本降水多的地方降水更多，原本降水少的地方降水会更少。
“全球变暖”会让西北地区更干吗？
（图：图虫创意）▼
但是随着时间推移，观测资料越来越丰富，再加上“全球变暖”愈加显现，人们发现，对于区域的预测比想象得更加复杂。本来干旱的西北正在变得越来越湿润。
或许西北会出现更多像博斯腾湖一样的美景？
（图：图虫创意）▼
那么，“全球变暖”使得大气环流发生了怎样的变化，造成了西北降水的增加呢？
这个问题在学术界还没有定论。过去的研究发现，已发生的大气环流多个侧面的变化都可以增加西北降水，但是很难确定哪个才是最主要原因。换句话说，西北降水增加，是多因素共同作用的结果。
地球上大规模大气环流的理想化描述（春分）
（参考：wiki）▼
这些过程可以分为“内”和“外”两个方面的变化。
“内”指的是区域内水循环的加强，西北地区气温升高，陆面的蒸散增强，大气中的水蒸气含量增加，自然就要以降水的形式更多地释放。“内”对降水变化的贡献大概占四分之一。
水循环是多环节的自然过程
（底图：NASA）▼
也就是说，西北地区下雨更多了
（图：图虫创意）▼
“外”指的是从海洋向西北地区输送的水汽增加了，这些输送又有不同的路径。其中，来自大西洋水汽，更多地被高空更强的西风携来；来自太平洋和印度洋的水汽增加，与西北太平洋副热带高压的西伸和增强有关；来自北冰洋的水汽增加，则受到贝加尔湖上空的反气旋环流增强控制，这同时也增强了来自北太平洋的水汽输送。
西太副高增强和向西北水汽输送增强的示意图▼
贝加尔湖上空反气旋
与北冰洋和北太平洋的水汽输送示意▼
荒漠真能变江南？
一个地区的干旱的状况不止由降水决定，还和这个地方的潜在蒸散量有关。我们曾在《地表最大干旱区》的视频中介绍过干旱指数，它是某地年平均降水量和年平均潜在蒸散量的比值，描述了一个地区的干旱程度。
其中的潜在蒸散量，描述了某地实际蒸散量的理论上限，也就是假设土壤保持充分湿润可以蒸散的水分的量。
蒸散示意图（参考：wiki）▼
西北地区常有晴朗天气，日照较强，潜在蒸散量很大，大部分地区超过了1000毫米，最大的地方超过了1800毫米。作为比较，长江中下游地区年平均降水量和潜在蒸发量相差不大，都在1000毫米以上。而西北地区的潜在蒸散量，在大部分地区都比降水量多800毫米以上。
潜在蒸散空间分布▼
西北地区的气温、风速和日照时数这些因素，在过去四五十年中都在发生着变化。综合考虑这些因素的研究结果显示，西北一些地区的潜在蒸散量在以0到40毫米/十年的速率下降，但是还有很多地区显示出增加的趋势。
1961-2015年各气象站点平均潜在蒸散线性变化趋势▼
结合降水的变化来看，在一些这四五十年来变得更“湿润”站点，降水量的增加和潜在蒸散量的减少加在一起在最多也不会超过200毫米，更多的地方可能只有几十毫米。而要达到“湿润”标准，降水量至少要达到潜在蒸发量65%。
由此可以做一个简单估算，西北地区若要成为湿润区，降水量的增加和潜在蒸散量的减少加起来至少要达到600毫米。
这种程度的改变还远远不足以让大部分植物在这里扎根
（图：图虫创意）▼
在另一项研究中，甚至计算出地区平均潜在蒸散量呈现上升趋势。地区平均的潜在蒸散量的增加（约45毫米），超过了地区平均的降水量增加（24毫米）。
也就是说，西北气候也可能正在向着“干旱”的方向变化。所以说，距离“荒漠变绿洲”还有很遥远的距离，甚至很有可能不会实现。
可以确定的是塔里木河边还是一望无际的黄沙
（图：图虫创意）▼
尽管存在困难，但是我们还是有方法来预估某一地区的气候变化，气候模式就是我们预估未来的比较可靠的手段。
气候模式是运行在计算机上的对地球气候系统的仿真实验室，它将气候系统中重要的过程比如大气和海洋环流、太阳辐射对大气和陆面的加热、大气和陆地之间的能量交换和水分交换等抽象化、数学化和软件化，给气象学家们在虚拟的地球实验室中做气候试验的机会。
气候模式概念图
（参考：climateinformation.org）▼
世界上很多科研机构都开发了不同的气候模式，这些气候模式之间各有特点，各有优劣，但是由于模拟的复杂性和不确定性，我们很难选出某个最优模式结果作为对未来的最优预估。
幸运的是，气象学家们发现多个模式模拟的平均值在温度、降水、气压和风速等多个方面上都最接近观测。所以，更合理的方法是使用很多模式来对未来进行预估，所有模式模拟的平均值，就能产生对未来最合理的预估。
基于这样的想法，国际合作的世界气候研究计划（WCRP）在1995年开始定期组织世界范围内众多气候模式共同预估未来气候，现已组织了6次。
比如,第五轮耦合模式比对项目 (CMIP)的其中两个模式
就采用了这么多模型
（图：WCRP）▼
在最新一轮的模拟预估中，多模式平均预测结果显示，在本世纪末，如果全球平均温度上升2℃，我国西北地区的年降水量将增加13.7%（37毫米），在5℃的情况下，将增加25.8%（78毫米）。与此同时，潜在蒸散量在两种情景下将增加1.4%和4.9%。
综合了降水量和潜在蒸散量的变化后，近地面土壤湿度增幅分别为10%和20%。集合了世界上多家科研机构的智慧的数值模拟结果告诉我们，尽管是在遥远的本世纪末，西北地区“变湿”的情况也不会从根本上扭转“干旱”的局面。
西北地区的干旱问题
目前还是得靠合理利用水利设施来解决
（甘肃刘家峡水库 图：图虫创意）▼
过去三十年来，西北地区气温增加的同时降水也在增加，但是“荒漠变绿洲”只是人们对于未来自然环境的美好期许。全球变暖背景下，地球上的每个角落都在发生着前所未有的变化，但是我们对此还知之甚少，尤其是对变化机制的理解不足，阻碍了我们对未来做出更加准确的预估。