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科大研究警告氣候變化威脅加速:「降水鞭打」現象最早於2028年起愈見頻繁

2025-06-25
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由科大土木及環境工程學系陸萌茜教授(左)和鄭達勳博士(右)領導的最新研究指出,氣候暖化將令快速傳播型的MJO現象於2028年起增多,引致地球面臨更頻繁的「降水鞭打」現象(即旱災和暴雨急劇交替)。

由科大土木及環境工程學系陸萌茜教授(左)和鄭達勳博士(右)領導的最新研究指出,氣候暖化將令快速傳播型的MJO現象於2028年起增多,引致地球面臨更頻繁的「降水鞭打」現象(即旱災和暴雨急劇交替)。

馬登-朱利安振盪 (MJO)傳播的各種原型及其對未來降雨變化的影響分析

馬登-朱利安振盪 (MJO)傳播的各種原型及其對未來降雨變化的影響分析

與馬登-朱利安振盪(MJO)東向加速相關的關鍵物理過程

與馬登-朱利安振盪(MJO)東向加速相關的關鍵物理過程

「降水鞭打」頻率和環流變化在「快速或跳躍型」與「慢速或靜止型」兩種MJO情境下差異的未來變化

「降水鞭打」頻率和環流變化在「快速或跳躍型」與「慢速或靜止型」兩種MJO情境下差異的未來變化

香港科技大學(科大)最近發表的一項研究發現,地球將最早於2028年起面臨更頻繁的「降水鞭打」現象,即旱災和暴雨急劇交替,又稱「旱澇急轉」。這項研究由科大土木及環境工程學系陸萌茜教授和鄭達勳博士主導,指出相關風險增加的成因主要在於全球暖化背景下,快速傳播型「馬登-朱利安振盪」(Madden-Julian Oscillation,簡稱MJO)的現象將會顯著激增。

這項重要研究成果現已於頂尖期刊《自然-通訊》發表,為改進「次季節預報」(Subseasonal Prediction,即二至六週前的天氣預測)開闢新路徑。這項研究將有助於提升防災減災決策及應對能力,並有助加強糧食和水安全、能源管理和基礎設施的復原力。

關於「馬登-朱利安振盪」

所謂MJO,是指一種向東傳播的行星尺度擾動現象,其主導著北半球冬季熱帶地區的季節內(指30至90天)氣候變率。作為次季節預報最重要的可預測性來源之一,其對全球降雨型態、極端天氣、熱帶氣旋生成、季風系統及中緯度環流型態皆有深遠影響。

過去研究普遍指出,人為溫室氣體排放所引起的氣候暖化會加速MJO傳播,但其背後的物理機制仍存爭議,而且不同理論對傳播速率的估算亦存在分歧。

科大研究中的關鍵發現

為釐清這個問題,由科大牽頭的研究團隊採用了第六階段耦合模式比較計劃(CMIP6)中的28個耦合大氣環流模式(CGCMs),展開分析工作。這些模式是當前模擬未來溫室氣體濃度上升效應和土地利用變化最先進的工具。

研究團隊預測,與歷史基準期(1979-2014年)相比,至21世紀末,快速傳播型MJO事件將激增40%。更迫在眉睫的是,研究警告稱「跳躍型」MJO事件(即對流突然轉移的快速傳播事件)在近期(最早2028-2063年)將更加頻繁。所謂「跳躍型」MJO的形成機制源於強烈的西傳赤道羅斯貝波(Rossby wave),該波動能阻斷MJO常態東傳進程,同時在西太平洋激發新的對流活動,導致MJO相關異常信號呈現非連續的空間躍遷特徵。

全球極端天氣的影響

「全球『降水鞭打』現象日益受到關注,近期有研究顯示,自20世紀中葉以來,這類事件已增加了31–66%。」論文第一作者、科大博士後研究員鄭達勳博士解釋研究成果時指出:「2022年美國加州的旱澇急轉就是典型案例,當地首先經歷了嚴重的乾旱與山火,隨後再遭遇破紀錄的暴雨,引發洪災與山崩。MJO事件的加速將大大縮短應對複合災害的反應時間,若無適當調適措施,社會將會措手不及。」

他進一步指出,隨著氣候暖化,快速MJO事件會不斷增加,這將帶來更頻繁的極端乾濕天氣現象。若高排放的情況持續,此趨勢最早將於2028年顯現。

身兼鄭博士導師的科大潘樂陶氣候變化與可持續發展研究中心主任、土木及環境工程學系副教授陸萌茜強調,此研究對推進「無縫隙」天氣氣候預報技術,及對自然與人工環境的可持續發展意義重大。

她補充道:「未來數值模式若能有效模擬MJO多樣化的傳播特徵,這將會提升我們對極端複合天氣的預測能力,預警時間可提前至四至五周以上。這並將會顯著減少因極端複合天氣造成的人員傷亡以及對生態系統和人類社會的破壞。」

於《自然通訊》發表

本研究由上述兩位作者聯同夏威夷大學馬諾阿分校的王斌教授、中山大學的劉飛教授、以及南京信息工程大學的陳國森教授合作完成。研究成果已發表於綜合科學領域的頂尖期刊《自然通訊》,題目為《Shifts in MJO Behavior Enhance Predictability of Subseasonal Precipitation Whiplashes》。

從研究到實際運用

是項研究亦助力了meteoNEX系統開發。該系統憑藉「無縫隙天氣氣候預報」服務,於第五十屆日內瓦國際發明展榮獲金獎。此項研究也為由科大牽頭的全球跨學科倡議——「推動自然和人為環境可持續性的無縫預測與服務計劃」(簡稱SEPRESS)所支持。該計劃近日獲聯合國教科文組織(UNESCO)正式認可,並納入「聯合國科學促進可持續發展國際十年(2024-2033)」(IDSSD)行動計劃之一。

「我們團隊目前的工作重點是透過可靠的氣象與次季節氣候預報來增強公眾對科學的信任。同時,團隊也將與SEPRESS計劃下的全球合作夥伴共同制定策略,應對未來旱澇急轉事件頻發的趨勢。」陸教授繼續補充道:「我們的目標是透過公平透明的R2O策略,致力拉近科研成果與社會需求的距離。」

關於香港科技大學
香港科技大學(科大)(https://www.hkust.edu.hk/zh-hant) 是國際知名的大學,致力推動創新教學、卓越研究及具影響力的知識轉移。科大著重為學生提供全面及跨學科的教學,於《泰晤士高等教育全球年輕大學排名榜2024》中排行第三,在《泰晤士高等教育大學影響力排名2024》中全球排第19、全港第一。另有 13 個科目躋身《2025 年 QS 世界大學學科排名》全球50強,其中「數據科學及人工智能」學科全球排名第17位,蟬聯本地大學之冠。此外,科大在全球大學就業能力排名中,一直位處全球首30名以內,反映畢業生極具競爭力。在研究及創業創新方面,逾八成的科大研究,於香港的大學教育資助委員會最新的「2020研究評審工作」被評為「國際卓越」或「世界領先」水平。直至2025年5月,科大成員共創立了逾1,800間至今活躍的初創公司,當中包括10間獨角獸企業和17間成功退場的公司(上市集資或被併購)。

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