温室气体和气溶胶如何影响水的季节性，全球气候危机新视角

在讨论全球气候变化的时候，最常关注的是气温升高或极端天气世间，但人类活动正在悄悄改变地球水资源在一年中的季节性变化，一项最新研究，探讨了这些气候因素在塑造全球水的季节性方面发挥的重要作用，尤其是温室气体和气溶胶如何导致水资源供应的季节性变化。

温室气体和气溶胶

温室气体，尤其是二氧化碳、甲烷和一氧化二氮，长期以来一直被认为是全球变暖的主要驱动因素，这些气体将热量滞留在大气中，导致全球气温上升。随着气温升高，蒸发率也会增加，特别是在蒸发量已经很高的地区。这会导致旱季更干燥、雨季更潮湿，因为夏季会有更多的水蒸发，而较冷的月份会有更多的降水。

与温室气体不同，气溶胶对气候有冷却作用，这些微小颗粒一般都会反射阳光，从而减少到达地球表面的太阳辐射量。这种冷却效应往往会减轻温室气体造成的部分变暖。然而，气溶胶在大气中的寿命很短，它们的冷却效果是短暂的，随着气溶胶水平的下降，它们的冷却作用会减弱。

气溶胶冷却和温室气体变暖之间的相互作用很复杂，韩国全北国立大学在2023年针对温室气体和人为气溶胶的不同季节贡献的研究中发现，温室气体增加夏季降水量，特别是在北极和中纬度地区，另一方面，气溶胶由于其冷却作用而减少降水，特别是在冬季，在温室气体排放量较高的地区，雨季和旱季之间的季节性反差会加剧，而气溶胶排放则能起到暂时的平衡作用。

全球水循环的变化情况

水循环是指水在地球大气、海洋和陆地之间的持续流动过程，海水蒸发变成水汽，水汽随大气运动形成降水，降水落到陆地后通过河流或地下水返回海洋，这一循环维持着全球淡水资源，也影响着天气和气候。

2020年发表在《纽约科学院年鉴》的一项研究综合了全球多国科学家的观测和模拟结果，系统分析了水循环如何响应气候变化。研究发现，随着全球变暖，水循环正在加速。

这种变化的关键原因在于温度和大气水汽的关系。根据物理学中的“克劳修斯-克拉佩龙方程”，温度每升高1°C，大气中的水汽含量会增加约7%，而1988-2014年卫星观测数据也证实，全球水汽确实以6.8±0.4%/°C的速度增长。

尽管水汽增加约7%/°C，但全球降水仅增长2-3%/°C，这是因为降水的总量受地球能量平衡限制，增长较慢，不能无限增加。水汽增加，而降水为随之相应的增加，这以为着什么？意味着可能有雨大气能容纳更多水汽，会出现更极端的水文事件，也可能会导致降水在空间和时间上的重新分配。

此外，水循环的变化在陆地和海洋上表现并不相同，全球模型模拟显示，陆地上的降水增幅约0.6-2.4%/°C，比海洋2.3-2.7%/°C更低，可能是由于陆地和海洋升温不均以及陆域植被的复杂作用。由于陆地比海洋变暖更快，导致陆地相对湿度下降，抑制降水形成；同时，CO₂浓度升高会使植物气孔关闭，减少蒸腾作用，从而降低陆域大气中的水分供应。

而海域分布也不均匀，湿的更湿，干的更干，随着气候变暖，不会让所有地方都变得更湿，而是会进一步强化，加剧现有的干湿差异。

近年来，多地出现“百年一遇”的极端降雨，如2021年河南暴雨、2023年欧洲洪水，按照理论，温度每升高1°C，极端降水应增长7%，但实际情况极端降水增长远超这一速度。

为什么会这样？主要是对流增强和气溶胶影响。对流增强，暖空气能携带更多水汽并在上升过程中释放更多潜热，使暴雨更强；而空气污染则会改变云的微物理过程，对气溶胶造成影响，抑制小雨，但可能增强极端降雨。也就是说，极端降雨的增强是确定的。

图：全球水循环描述🔽

A）储量（以千立方公里为单位）和（B）通量（以千立方公里/年为单位），基于之前的评估 ，对淡水地下水流量和基于观察证据的降水量和蒸发量的增加在引用的不确定度内作了微小调整。

温室气体如何改变全球水循环

水可用性季节性是指一年中湿润季节和干旱季节的水量差异，如果某地雨季能获得1000mm降水，旱季只有200mm，其季节性差异就是800mm。

西安交通大学全球环境变化研究所引导的一项新的研究，结合再分析数据和CMIP6模拟，追踪了1915年至2014年全球水季节性的变化，再分析数据提供了气候变量的一致历史记录，而CMIP6模拟则根据不同的气候情景提供了预测。

1915-1964年，水可用性季节性以每年0.006mm的速度减弱，而在这一时期，工业革命带来的气溶胶污染达到高峰，这些悬浮颗粒反射阳光产生冷却效应，使得雨季不再那么湿润，旱季也不再那么干旱。

到1965-2014年，趋势完全逆转，季节性以每年0.089mm的速度增强，这正好对应全球温室气体浓度快速上升的时期，也就是说，雨季变得更湿，旱季变得更干。

回顾百年时间，尽管早期气溶胶产生抵消作用，但温室气体的强势影响仍导致季节性整体增强0.016mm/年，这个数字看似微小，但相当于百年间全球平均季节性差异扩大了约16%。

为什么会出现这种情况呢？这里面就有温室气体和气溶胶共同作用。研究发现温室气体和气溶胶之间的相互作用，它们对气候有相反的影响。温室气体显著放大了水资源可用性的季节性，而气溶胶则倾向于减少水资源可用性的季节性。

二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等温室气体会将热量困在大气中，导致全球变暖。气溶胶，尤其是硫酸盐气溶胶，会反射阳光并产生冷却作用。

具体表现为大气持水能力每升温1℃提升约7%，使湿季降水更多，这样更多水汽输送至季风区。而工业排放的硫酸盐等颗粒物会直接反射太阳辐射，起到冷却效应，促进云层形成但抑制降水。

研究发现，1915-2014年，温室气体的影响强度是气溶胶的影响强度的1.57倍，虽然二者作用相反，但最终仍呈现增强趋势。

通过分析7个关键区域，研究者发现，南亚季风区变化最强，温室气体使其季节性增加1.02mm/十年，虽被气溶胶抵消部分，净增长仍有0.17mm/十年。

由于温室气体的影响越来越大，整体而言，过去一个世纪水资源可用性的季节性有所增强​，这意味着，世界许多地区的雨季和旱季之间的反差变得更加明显。

研究揭示了一个隐蔽但深远的变化，人类活动造成的温室效应不仅改变了地球的年均温度，还在重构水资源的时间分配，随着未来温室气体浓度继续上升和气溶胶污染受控，水可用性季节性增强可能会进一步加速。

这项研究揭示了人类活动产生的温室气体和气溶胶在加剧全球水季节性方面发挥的复杂作用。它强调了平衡这两种力量的影响在预测未来水文循环变化方面的重要性。

图：不同强迫因素下水资源可用性季节性的时空趋势🔽

a不同强迫（NAT、GHG 和 AER）下西澳季节性异常的时间序列。阴影区域表示平均值±SD。橙线、红线和蓝线分别表示 NAT、GHG 和 AER 强迫下西澳季节性的变化。b不同时期和强迫下西澳季节性的趋势。** 表示显著性水平p  < 0.01。c –e NAT 强迫下不同时期西澳季节性趋势的空间模式。f –h GHG 强迫下不同时期西澳季节性趋势的空间模式。i –k AER 强迫下不同时期西澳季节性趋势的空间模式。点画表示p  < 0.05 时趋势显著。

❓思考题：过去100年里，全球水可用性季节性变化主要是因为什么？

A.太阳活动增强
B.温室气体增加超过气溶胶的减少
C.地球自转速度变化
D.海洋鱼类迁徙改变蒸发量

这项研究通过多模型、多数据集的综合分析，首次系统揭示了人为气候强迫对水可用性季节性的影响，为应对气候变化下的水资源管理提供了科学依据。

参考文献：Fubo Zhao, Wenbo Shi, Yiping Wu, Yanqing Lian & Qiang Li ，Counteracting greenhouse gas and aerosol influences intensify global water seasonality over the past century. Communications Earth & Environment volume 6, Article number: 35 (2025) ，doi.s43247-025-02025-6