研究稱華北平原將因極端高溫天氣而無法居住，是否危言聳聽？

「爸，夏天這麼熱你們小時候沒有空調，是怎麼活過來的啊？」

「兒啊，這你可錯了，我小時候夏天可沒有這麼熱」

相信每一位北京、河北、河南、陝西或者山東的孩子和父輩之間總有這麼一句關於天氣的談論。

是啊，在往前三四十年，那時候華北地區的夏天可比現在舒服多了。小時候，家裡打了一口水井，往地下挖了大概五六米，打上來的井水是冰涼冰涼的，幼年時觸摸到冰涼井水時的驚奇感，還歷歷在目。

那麼，華北地區的夏天體驗真的大不如前了嗎？幾十年後華北平原還適宜居住嗎？近年來，來自美國麻省理工學院的科學家經過數值仿真得出結論：在2070年至2100年之間，中國的華北平原將因為極端高溫天氣而不宜居住，而導致這一結果的原因多樣，但灌溉農業將成為不可或缺的因素。這一研究成果被發表在《自然—通訊》期刊。

Nature Communication

美國科學家的結論多少有些危言聳聽或者賺取大眾眼球的嫌疑，但不可否認的是，Nature Communication這個期刊是學術界的頂級期刊，最新影響因子高達12.3。學術圈的人都曉得，這種top級的期刊如果沒有嚴謹的數學模型推理是無法被收錄的，所以，華北平原的未來真的值得堪憂！

農業灌溉導致華北地區溫度升高

華北地區是我國最重要的農業種植區，得益於華北平原廣袤的土地，這裡誕生了河南和山東兩個行政面積雖小但人口過億的大省，極高的人口密度對水資源的需求最為迫切。

人口密度圖，顏色越深，人口越密集

然而，華北地區屬於溫帶季風氣候，境內河流水量不足，湖泊數量極為稀缺，是有名的旱區。該地區的農業用水除夏季因多雨無需大面積灌溉外，其餘季節均需抽取地下水灌溉。

在我們的印象中，大面積的澆水灌溉可以使太陽炙烤下的地表冷卻下來，畢竟地下水的溫度總比空氣要低得多。但是，研究顯示，雖然灌溉可以短暫的冷卻地表溫度，但過量的地下水直接暴露在太陽光之下，會加速水的蒸發，增強地面空氣的溼度，使得當地的空氣異常潮溼，進而使得華北平原當地的熱浪強度增加。根據麻省理工大學研究團隊的研究顯示，大面積的農業灌溉會使得溼球溫度提高大約0.5℃。

那麼，空氣溼度增加後為什麼使得溫度提升呢？這就要從溫室效應談起了。

在我們的印象中，二氧化碳是溫室效應的元兇，其實不然，最大的溫室氣體其實是水蒸氣，水蒸氣是空氣中含量最大的氣體，其產生的溫室效應大約也佔據了整體溫室效應的70%。然後才是二氧化碳，大約佔了25%，最後是臭氧、甲烷和氟化氫等其他氣體，大約只佔5%。只不過因為人們一般把水循環看做是氣候變化帶來的自然現象，很少有人會關注空氣中水蒸氣的含量是否增加，也很少有人把「生命之源」——水跟溫室效應這種災害聯繫在一起。在這種情況下，因工業排放或者生活排放導致含量越來越高的二氧化碳便成了溫室效應的罪魁禍首。

溫室效應示意圖

所以，當華北平原普及了灌溉農業後，水蒸發後在空氣中滯留的水蒸氣會吸收太陽長波輻射，把熱量留在空氣中，華北當地的氣溫自然就升高了。

下圖是麻省理工學院研究人員利用控制性實驗得到的仿真結果，控制性實驗是指在兩組對比實驗中控制某一變量的有無或者數量，其餘變量完全一致，進而得到被控制的這一變量對實驗結果的影響程度。在這兩組控制性實驗中，控制變量分別為是否灌溉（未灌溉為CONT，有灌溉為IRR）和溫室氣體排放量，排放量分別設置為HIST、RCP4.5和RCP8.5，分別代表歷史時期排放量（低排放量）、中等排放強度和高排放下的情景。

RCP，也就是典型濃度路徑，用來描述溫室氣體排放量，分為RCP2.6/4.5/6.0/8.5幾個等級。

控制性實驗結果

橫向來看，第一排的三張圖和第二排的三張圖分別代表了未灌溉情況下和有灌溉情況下，溫室氣體為低排放、中等排放和高排放量時的幹球溫度變化，顏色越深代表氣溫越高。很顯然，無論是否有灌溉，溫室氣體排放量越高，溫度越高。

縱向來看，則是不同時期下有無灌溉的差異，從結果來看，無論溫室氣體的排放量多少，有灌溉時的溫度明顯要高於無灌溉時的溫度。

以上6張圖中，我們比較關注F圖中RCP8.5情景，如果華北地區繼續採用灌溉農業，而且溫室氣體仍然處於高位排放的話，屆時該地區的溫度將普遍高於33℃，包括人口大省河南和山東都將不適宜人類居住。

溫室氣體加劇華北地區溫度上升

華北地區不僅是我國重要的糧食種植區，也是重要的重工業聚集區，區域內化工、熱電廠和製造業發達，這些產業在創造經濟產值的同時向外排放了大量的溫室氣體，助推了區域內溫度的升高，如果華北的溫室效應持續加劇，那麼這個地區的最高溼球溫度也會上升。

溼球溫度是指在絕熱條件下，大量的水與有限的溼空氣接觸，水蒸發所需的潛熱完全來自於溼空氣溫度降低所放出的顯熱，當系統中空氣達飽和狀態且系統達到熱平衡時系統的溫度。通俗來講，溼球溫度就是當前環境僅通過蒸發水分所能達到的最低溫度。

下圖統計了中國東部地區16個城市的最高溼球溫度情況，這16個城市包括北京，鄭州、武漢、濟南、南昌、杭州、上海、青島等地區。在這16個城市的分析中，圖中黑線是歷史數據（也就是進入工業社會之前的數據，此時排放較低），藍線和紅線分別是RCP4.5和RCP8.5的情形。

可以很明顯的看出，無論哪個城市，溫室氣體的排放越高，最高溼球溫度越高。

東部16個城市溼球溫度

下面三張圖分別是歷史平均排放、RCP4.5和RCP8.5情形下的最高溼球溫度情況，可見印度和阿拉伯半島地區的情況與中國基本一致。

其他地區溼球溫度情況

除了中國和南亞地區外，全球溫度是否也符合「溫室氣體的排放越高，最高溼球溫度越高」的規律呢？

下圖表示了排放等級在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情形下的最高溼球溫度曲線，這幾個等級分別對應圖中深藍色、藍色、橙色和紅色曲線。

從曲線可以看出，如果人類執行嚴格排放（深藍色曲線）的情形下，全球的溫升將會在2020年後持續下降，並最終在2100年達到0℃；當人類執行較低規格的排放標準（藍色曲線）的情形下，全球溫升在2100年大約為4℃；但當人類仍然繼續不加約束的排放溫室氣體，全球溫度將會如紅色曲線飆升大約25℃。

不同排放標準下的全球溫升曲線

2015年12月12日在巴黎氣候變化大會上，世界各國通過了旨在應對氣候變化的協議——《巴黎協定》，該協議的主要目標是將本世紀的全球平均氣溫上升幅度控制在2℃以內，也就是說，2℃是人類目前應對全球氣候變化定下的紅線。

根據上圖曲線分析，要實現溫升控制在2℃這個目標，也就是深藍色曲線的效果，需要人類執行最嚴格的排放標準。

華北地區水資源匱乏，農業灌溉不可或缺

我國的水資源分布呈現出東多西少、南多北少的總體趨勢。水資源主要集中在西南地區，而華北地區水資源匱乏現象嚴重。

以2017年為例，西南地區水資源總量為11127.20億立方米，佔同期我國水資源總量的38.69%；

華南地區水資源總量為4558.50億立方米，資源佔比為15.85%；

華東地區水資源總量為5043.40億立方米，水資源佔比為17.54%；

而華北地區水資源總量為621億立方米，水資源佔比僅為2%！

2017年各區域水資源分布

華北地區水資源總量佔比最低，人均水資源量在全國也是最低。其中，西藏地區以人均水資源量142311.3立方米居全國之首。傳統乾旱地區如新疆的人均水資源量也達到了4206.4立方米，但河北、天津、北京、山東等地區的人均水資源量卻不足200立方米，僅為西藏的0.14%。

下圖是2017年全國各省市地區的人均水資源數據：

2017年全國各省市地區的人均水資源數據

那麼，華北地區為何如此缺水呢？首要原因便是降水量稀少。下圖所示為中國年降水量的分布圖，圖中區域顏色越深，則降水量越大，從圖中可以看出華北區域的年降水量大部分為600mm，而廣東、廣西等珠江流域達到了2000mm，可見華北地區相當缺水。

年降水量分布

除了自然降水稀少外，華北地區人口稠密、工農業發展規模大也是造成缺水的主要原因。

人口方面，華北地區自古以來就是我國人口分布集中地區之一。北京、天津、山東、河北、河南5省（市）的人口約佔全總人口的24%。根據2019年人口統計，山東省人口10006萬人位居全國第二，河南9560萬人位居全國第三，河北7520萬人位居全國第六。可見，華北地區的龐大人口給生活用水帶來了非常大的壓力。

農業方面，華北地區的耕地佔到全國45％，且農業產值位居全國第一。

以河南為例，河南是我國小麥種植面積最廣、產量最高的省份，棉花、玉米等農作物的產量也位居全國前列，河南全省人口約1億，其中農業人口6500萬，約佔70%，是個名副其實的農業大省。

再看山東，山東的糧食產量沒有河南高，但水果和蔬菜產量卻在中國位居第一，擁有全國最多的綠色農產品，蔬菜出口量更是連續六年蟬聯全國第一，誕生了壽光等舉國聞名的蔬菜基地。

工業方面，華北地區是以石油、化工等重工業為主，不同於東南沿海地區的輕工業，它們對水資源的需求更大。以京津唐為例，京津唐工業基地的工業產值已經佔到全國工業總產值的10％，是我國北方最大的綜合性工業基地，石油、化工、冶金和電廠等一大批大型、特大型和耗水量大的工業企業的聚集，使淡水供應更加緊張。

為了滿足農業用水，多年來華北平原地區採取了大量開採地下水進行灌溉的方式，使地下水位大幅度下降。華北平原在14萬多平方公裡的區域上，形成了7萬平方公裡的大漏鬥，成為世界最大的地下水漏鬥區。

如下圖所示，這是華北的灌溉分布圖，顏色越深代表灌溉水量需求越大。

灌溉分布圖

華北地區溫度過高將不宜居住

01 溼球溫度過高影響人類健康

如果華北平原達到35度溼球溫度是什麼致命後果呢，我們來看下外文報導：

Once the WBT reaches 35C, the air is so hot and humid that the human body cannot cool itself by sweating and even fit people sitting in the shade die within six hours.

也就是說，在這個溫度下，健康人即使坐在陰涼處也會在6小時內因為無法排汗降溫而死亡！因為高溼環境會阻止汗液蒸發，影響人的散熱機能，最終導致器官衰竭。

澳大利亞莫納什大學副教授郭玉明在接受媒體採訪時表示：「根據氣候變化和人口差異的極端情況預測，受極端熱浪襲擊導致的每年死亡人數可能達到51795人」。

而世界衛生組織也曾表示：2030年至2050年間，與氣候變化有關的熱應激可能導致全球每年有3.8萬人死亡。

02 溫升過高導致兩極融化，海平面上升

下圖是北極冰層在1979年至2017年間的面積變化。

從圖中可以明顯看出，南北兩極的冰層繼續變薄消融，2016年的海冰面積不足1979年的1/4，而2017年的北極海冰更是創造了近37年的最小面積記錄。

北極海冰的厚度變化示意圖

上文我們說到，《巴黎協定》的主要目標是將本世紀的全球平均氣溫上升幅度控制在2℃以內，那樣人類只需要面臨熱帶的一些珊瑚礁死去，和海平面上升幾米。但就目前的執行力度來看，這個目標很難達到。

假設目標沒有完成，全球升溫超過3°C，北極的森林和大多數沿海城市都會不復存在。

假設全球升溫4°C，歐洲將永遠乾旱，沿海城市將被海洋覆蓋，美國西南部將變得不適合居住。

一旦全球升溫4℃，「華北平原是否宜居」這個問題已經沒有討論的價值了，因為按照華北的海拔，不需要忍多久大概就會淹沒在海底下。下圖是海平面上升50米之後的「全國地圖」，屆時山東省將徹底變成兩個島，江蘇省全滅，武漢將沉沒在海洋之中。

海平面上升50米的假想圖

一些氣候科學家警告稱：假設全球升溫5°C，這就該是人類文明的終結了。

面對海平面上升，部分網友樂觀的表示在海邊造牆就行了。

我需要指出的是，對於沿海地區來說單純在海邊造牆是沒用的。因為與大海聯通的河流水系都會受到海平面提升的影響，海水會順著水系侵入內陸。

除了水系外，下水道也是一個道理，現在城市內澇這麼嚴重，一旦在下水道入海口造一堵牆，內陸城市就沒法正常排水了。

城市內澇

所以，海平面上升對沿海城市的危害基本是無法避免的。

華北地區並非「無可救藥」

華北地區人口密集，溫室氣體排放以及區域內農業灌溉在近幾十年內也不可能消失。那麼，華北平原照此下去是否真的會因溼球溫度過高而不宜居住了嗎？

對此，中國氣象科學研究院專家表示，全球的大氣環流是一個連續整體，熱浪影響的不僅僅是華北，世界各地都會深受其害。如果不加限制，世界大部分地區都會因高溫而無法居住。

不過，目前中國正在實施最嚴厲的排放標準，以犧牲經濟來換取祖國的青山綠水的行為，給全球各國起到了表率作用

而且，隨著世界各國進入後工業時代，粗獷的重工業發展都會得到限制，清潔能源、綠色產業將成為未來的主流，二氧化碳排放會相應減少。

因此，《巴黎協定》的目標並非不可能實現。

然而，川普上任後帶領美國退出了巴黎氣候協定，作為世界上碳排放量最大的3個國家之一，美國的退出顯然給氣候變化增加了不確定因素。

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