“气候鞭打”一词形象地描述了大气系统快速切换的剧烈性。近年来，随着观测与模拟数据的积累，研究者们逐渐发现：全球多个地区不仅出现了更极端的干旱、降水、高温及低温事件，而且这些事件往往“连环跳变”式发生
正如单一极端天气气候事件会威胁人类建设的环境韧性一样，“气候鞭打”事件也以类似甚至独特的方式带来更大的风险：加剧生态系统失衡、影响粮食安全、冲击公共健康防线和考验基础设施韧性
未来“气温鞭打”风险的大小可能在很大程度上取决于减少碳排放的努力
尽管长期气候模拟中极端降水与气温存在较大不确定性，尤其对远期“复合型鞭打”事件的预测仍具挑战，但其频率和影响的持续增长已对粮食安全、水电供应和基础设施韧性构成重大挑战
亟需加快推进深度减排进程，积极落实碳中和目标，以最大限度降低未来“复合型鞭打”所带来的灾害风险
文 | 张颖娴
在全球变暖的背景下，极端气候事件的频率和强度显著上升，“气候鞭打”（Climate Whiplash）这一新兴概念逐渐进入学术界和公众视野。
“气候鞭打”指的是某一地区在短时间尺度内从一种极端天气状态迅速转变为另一种相反的极端状态，例如从长期干旱骤然转为暴雨成灾，可称为“降水鞭打”或“水文气候鞭打”，或从气温偏高骤然转为低温，可称为“气温鞭打”或“气温快速反转”。
这种剧烈而迅速的天气气候波动对自然生态系统、社会基础设施及人类活动的可持续发展构成了严峻挑战。
在摩洛哥东南部拉希迪耶附近的沙漠拍摄的暴雨过后的积水（2024 年 10 月 14 日摄） 新华社 / 美联
“气候鞭打”的形成与演变
“气候鞭打”一词形象地描述了大气系统快速切换的剧烈性。近年来，研究者们逐渐发现：全球多个地区不仅出现了更极端的干旱、降水、高温及低温事件，而且这些事件往往“连环跳变”式发生，即干旱之后紧跟暴雨，异常偏暖之后气温迅速跳水，或反之。
科学研究表明，大气每升高1℃，其水汽承载能力可提升约7%。这意味着在全球变暖背景下，大气能容纳更多水分，在某些条件下释放更强降水，同时也能在显著增暖的背景下通过增强蒸发作用使地面迅速干燥。这种“大气海绵”效应，使得极端干或湿事件的强度都在上升，并更容易发生快速转化，从而构成“降水鞭打”的物理基础。
“气温快速反转”事件的发生往往伴随着大尺度环流系统的快速重构。例如北美和东亚的冬季，当西风带波动加剧，极涡南压与副热带高压增强交替出现时，可能造成冷暖空气频繁交锋，从而触发剧烈温度波动。同样，厄尔尼诺-南方涛动、印度洋偶极子、北大西洋涛动等大气环流模态的快速切换也会扰乱原有气候格局，使原本应是渐进的气温过渡过程变得“跳跃”而剧烈。
此外，地表条件也可以作用于“气候鞭打”事件的形成与演变。如前一季节充沛降水增加土壤湿度并促进植被生长，若随后迅速转为干旱高温，土壤失墒加快、植被干枯，改变地气水热交换，进而强化暖干过程。冰雪覆盖变化以及大规模土地利用变化等因素，也会影响气候系统的稳定性，增强气温和降水的波动幅度。
相关研究表明，自20世纪60年代以来，全球超过60%的区域已经经历了更频繁、更强烈且变化更迅速的“气温快速反转”事件。自20世纪90年代末以来，观测与模拟结果均表明，全球平均的“降水鞭打”事件在发生频率和强度上呈现上升趋势，且陆地地区的增幅相较于全球平均更为显著。
美国加利福尼亚州是全球“气候鞭打”现象研究的热点区域之一，其典型特征是极端干旱和暴雨之间的快速切换，给生态系统和社会生活带来了双重威胁。2022～2023年和2023～2024年冬季，加州遭遇了多次“大气河”事件，这是一种像河流一样在大气中输送大量水汽的狭长带状结构，通常长达几千公里，宽数百公里，常引发极端降水，发生破纪录的强降水。接着，2024年迎来了破纪录的炎热夏季，而2025年初，加州又遭遇了异常干燥和强烈的圣安娜风，这是一种强烈、干燥的下坡风，起源于美国大盆地的干燥高压气团，导致洛杉矶县发生了有记录以来最严重的冬季野火，造成严重的人员伤亡和建筑损毁。
北美其他地区也频繁经历“气温鞭打”，比如2012年3月，气温在不到一周内从比常年高出约10℃骤降到低于常年约5℃；2020年9月，落基山脉经历了一场极端气温反转，气温在一天内骤降超过20℃，从严重高温热浪迅速转为暴雪。
欧洲近年来也频繁经历极端湿旱事件的快速交替。2021年，中欧多国遭遇了百年一遇的强降雨和洪水，造成数百人死亡；随后的2022年却是欧洲自19世纪下半叶有科学调查以来最干旱的一年。此外，2021年4月，欧洲经历了一次剧烈的“气温鞭打”事件，迅速从暖转冷，农作物大范围遭受霜冻灾害。研究表明，北极增暖及北大西洋涛动等大尺度环流模态的变化，显著影响了欧洲地区“气候鞭打”事件的发生频率与强度。
亚洲，特别是南亚和东亚的季风区，也是“气候鞭打”事件频发的关键区域。研究表明，东亚夏季风以及西太平洋副热带高压的变化，对中国东部地区的干湿快速转换起着重要调控作用，黄淮海、长江中下游等主要农业区对此类极端事件尤为敏感。2011年，长江下游地区自1月起经历了持续5个月的创纪录干旱，随后突遭强降雨引发严重洪涝灾害。
“气候鞭打”带来更大风险
单一极端天气气候事件会威胁人类建设的环境韧性，“气候鞭打”事件也以类似甚至独特的方式带来更大的风险。
一是加剧生态系统失衡。
“气候鞭打”带来的剧烈干湿转换扰乱植物的水分适应机制，导致森林、草原、荒漠等生态系统的物候节律紊乱、更新受阻、群落退化。干旱期植被萎缩、土壤干裂，而暴雨则诱发水土流失和养分淋溶，削弱土壤肥力，进一步限制生态系统恢复力。
频繁的干湿转换打乱动物迁徙、繁殖和觅食节律，水生动物栖息地周期性萎缩或遭破坏，特别影响对湿度和水文变化高度敏感的两栖类和昆虫类物种。
干旱抑制植被光合作用与固碳能力，而极端降水又加速土壤有机质分解，形成“碳源”效应，削弱生态系统作为碳汇的功能。频繁的“降水鞭打”还增加滑坡、泥石流等地质灾害风险，破坏生态稳定性。
总体而言，“气候鞭打”显著增加生态系统的脆弱性和维持可持续发展的不确定性，削弱其稳定性与服务功能，威胁生物多样性，并可能导致脆弱区的生态退化。
二是影响粮食安全。
在农业生产环节，干旱导致土壤墒情恶化、作物生长受阻，直接影响播种成功率和单产水平；而紧随其后的强降雨又可能引发农田内涝、作物倒伏甚至绝收，形成“旱涝双杀”效应。这种剧烈的干湿“鞭打”还会扰乱农作物物候周期，导致播种期与收获期错位，显著增加田间管理难度和生产成本。同时，极端气候条件为病虫害的暴发创造了有利环境，进一步威胁作物产量和品质。
从长期来看，频繁的干湿循环会破坏土壤团粒结构，降低土壤持水保肥能力，逐步造成地力衰退。
更值得警惕的是，这种气候异常会通过影响农产品供给推高市场价格波动风险，加剧农业保险体系的压力，尤其对气候适应能力薄弱的发展中国家冲击最为显著。
三是冲击公共健康防线。
在生理层面，“气温鞭打”事件带来的极端温度波动会扰乱人体体温调节机制，导致免疫系统功能紊乱，显著增加呼吸系统疾病和心血管急症的发病风险，尤其对老年人、儿童及慢性病患者等影响更为突出。
此外，气温剧烈波动还通过多种机制加剧空气污染暴露风险：气温偏低阶段，逆温效应增强和边界层高度降低造成大气污染物扩散能力下降并导致PM2.5等有害物质积聚；而在急剧升温过程中，光化学反应加速则会促使臭氧浓度快速攀升，形成“变温-污染”复合暴露场景。这种叠加效应不仅放大了健康风险，也对公共健康系统的预警、干预和应对能力提出更高要求。
四是考验基础设施韧性。
“气温鞭打”事件不仅对城市基础设施构成物理破坏风险，也对能源安全和设施韧性提出更高要求。突升或骤降的气温会导致电力需求在短时间内大幅波动，例如极端高温引发空调负荷激增，而突如其来的严寒则增加供暖压力，加重电网负担。同时，天然气等能源调配难度上升，调峰与储能能力面临严峻考验。
此外，交通与市政设施亦深受影响。道路、桥梁在冷热反复作用下易发生冻融破坏或热胀冷缩损伤，缩短使用寿命、增加维护成本；供水管网在严寒中易冻裂爆管，影响城市运行；建筑结构则因热应力变化而出现裂缝、材料老化加速。
因此，加强应急预案、基础设施气候适应性设计和能源系统智能调控已成为应对该类气候极端事件的必要举措。
人们在立陶宛维尔纽斯一处喷泉戏水（2025 年 7 月 3 日摄） 新华社 / 美联
未来“气候鞭打”或呈加剧趋势
最新气候模式预测结果表明，在温室气体高排放情景下，相较于1979～2019年，2060～2099年全球大多数地区的“降水鞭打”事件在频率、过渡持续时间和强度等特征上表现出显著且稳健的变化。
研究表明，2060～2099年，全球范围“降水鞭打”事件的总频率预计将增加至1979～2019年的2.56±0.16倍，而陆地地区的响应则更为剧烈，预计总频率将增加至3.43±0.22倍。这一现象表明，随着气候变暖导致的水循环加剧，全球气候变得更湿润且降水更具变异性，从而使极端降水事件更频繁且快速地交替发生。
此外，《地球的未来》2022年的研究指出，在高排放情景下，到21世纪末，全球有13.6%的陆地地区可能会频繁经历干转湿型“降水鞭打”事件，这种转换发生的概率超过50%，是上个世纪水平的5倍。
相关研究预测，强度较弱的干转湿型“降水鞭打”事件将因温室气体排放的持续增长而变得更加频繁且分布范围更广，在北美西部与东部、南亚与东亚以及东非地区的表现尤为显著。相比之下，强度较强的干转湿型“降水鞭打”事件的未来热点区域尚难以准确判断，因其发生概率存在较大不确定性。
然而，全球易受影响的陆地面积增加支持了这样一个推断：随着全球气温升高，一些过去较少出现旱涝急转的地区在未来可能成为新的高风险区域。这意味着，未来不同地区在应对快速且剧烈的“降水鞭打”事件时，将面临更加复杂的灾害风险管理和适应挑战。
《自然-通讯》杂志2025年的研究表明，在高排放情景下，多模式集合平均预测2071～2100年暖转冷型“气温快速反转”事件的全球平均发生频率将较气候基准期（1961～1990年）增加约8.03%±5.15%，而冷转暖型事件将增加6.73%±6.44%。另外，两类“气温快速反转”事件的全球平均强度均显著增强，且冷暖过渡持续时间将分别缩短3.24%±0.55%和2.47%±0.68%。
从空间分布来看，研究预测，在2023～2100年期间，全球陆地几乎所有区域的“气温快速反转”事件中，暖转冷型和冷转暖型的过渡持续时间将显著缩短，同时其发生频率和强度也将显著上升。一些热带地区如拉丁美洲国家，因脆弱性较高且适应能力较弱，预计将在日益加剧的“气温快速反转”事件中面临更加严峻的威胁；而在一些高纬度地区，“气温快速反转”现象则有所减弱。研究显示，相比于高排放情景，在中等和低排放情景下，“气温快速反转”事件的频率和强度升高、过渡持续时间缩短的趋势将在多数地区大幅减弱。这表明，未来“气温鞭打”风险的大小可能在很大程度上取决于减少碳排放的努力。
暴雨与暖干复合事件之间的突变被定义为“复合型鞭打”事件。《地球的未来》2023年的研究显示，在高排放情景下，此类事件的发生频率到本世纪末将增加至当前的2至3.5倍，即便在中等排放情景下也将达到2至3倍。其威胁的不断上升，不仅由于发生频率的显著增加，更因事件强度的增强和影响范围的扩展。
研究指出，这一趋势在东亚季风区尤为显著，表现为该区域的“复合型鞭打”事件频率至本世纪末预计将上升240%，高于全球平均水平。由此导致的此类事件的暴露人口将在亚洲范围内激增2至3倍，尤其是在印度北部和东亚季风区等人口密集且持续增长的地区，这些区域面临的挑战远远超过人口稀少且预计人口将减少的其他地区。
需要强调的是，尽管长期气候模拟中极端降水与气温存在较大不确定性，尤其对远期“复合型鞭打”事件的预测仍具挑战，但其频率和影响的持续增长已对粮食安全、水电供应和基础设施韧性构成了重大挑战。应对这一复合风险亟需跨学科协同，包括完善城市排水系统、推进水资源综合管理、提高用水效率等，以全面提升防洪抗旱能力。从减灾角度来看，控制温室气体排放有助于在一定程度上降低“复合型鞭打”风险。研究显示，在中等排放情景下，此类事件的频率相比高排放情景可减少约五分之一。这些研究提醒世人，亟需加快推进深度减排进程，积极落实碳中和目标，以最大限度降低未来“复合型鞭打”所带来的灾害风险。
（作者单位：国家气候中心）■
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