2021年7月，河南省遭遇了历史罕见极端强降水，引发了严重洪涝灾害，造成了重大人员伤亡和财产损失。事件发生后，已有不少研究对其发生机理做了细致的分析，强调了多尺度环流系统相互作用导致的异常强烈的上升运动、西北太平洋副热带高压和双台风（“烟花”和“查帕卡”）共同输送的充沛水汽以及当地独特的地形（伏牛山、嵩山等）的重要作用。但是，关于气候变化在此次极端强降水事件中扮演何种角色的问题，一直悬而未决。
定量回答该问题需要基于严格的极端事件归因科学。然而，由于“21·7”河南暴雨强度的异常极端性，基于仅有几十年长度的观测资料很难准确估算其发生概率等统计特征。同时，破记录的极端降水集中发生在河南中北部，其中较小空间尺度的强对流过程超出了归因分析中常用的全球气候模式的刻画能力。此外，全球气候模式对复杂的东亚季风环流系统，尤其是类似于本次事件中的多尺度环流系统相互作用，目前的模拟技巧仍十分有限。这也导致在气候变暖背景下，与极端降水密切相关的环流变化的模拟结果缺乏可信度。因此，“21·7”河南暴雨事件的定量归因超出了传统归因方法的能力和适用范畴。
我们发展了一套适用于此类局地性极强、强度极端异常、动力成因极为复杂的季风区极端降水事件归因分析的新方法，致力于回答由人类活动导致的气候变暖对“21·7”河南暴雨的强度有多大影响这一科学问题。基本思路可描述为：在准确再现与事件相伴随的环流演变过程及事件本身的时-空特征基础上，量化与气候变化相关的热力因素对事件强度的影响。研究基于高分辨率（水平分辨率4公里）区域气候模式，在限定事件期间的大尺度环流配置前提下，开展了一系列考虑不同强迫因子的大样本集合模拟试验。与工业化革命前的气候状态相比，当前人类活动导致的大气变暖变湿使得本次极端降水的过程总降水量增加了约7.5%（5–95%不确定性范围：3.8–11%）。局地城市化对本次事件的影响很小，且具有较大的不确定性。该方法进一步明确回答了人类活动在多大程度上影响了水汽输送、大气层结稳定度、垂直上升运动及凝结潜热反馈等关键物理变量和过程，增强了归因结论的物理可解释性和可信度。如果类似的大尺度环流发生在本世纪末更暖的气候状态下，届时类似于“21·7”河南暴雨事件的强度将在现有基础上继续增加14.3%~21.9%（取决于未来的经济社会发展路径，此处考虑SSP1-2.6和SSP2-4.5两种假设情景）。
“考虑到“21·7”河南暴雨的极端性，7.5%的降水增加不是一个小量。此外，7.5%的降水增加是整个河南省区域平均的结果，部分降水增加多的地区能达到15–20%。因此，全球气候变暖对 “21·7”河南暴雨的影响不容忽视”， 论文作者之一王君说。
该研究首次将故事线（storyline）方法应用于季风区极端事件的归因实践中。文中搭建的故事线归因方法框架（storyline attribution）为成因多样、机理复杂、概率极低的高影响极端事件的归因分析提供了新的思路，同时也为依托现有的集合数值预报系统开展准实时归因分析提供了可能性。该研究由中国科学院大气物理研究所王君副研究员和中国气象科学研究院陈阳副研究员领衔完成，合作者包括北京大学聂绩助理教授、中科院大气所严中伟研究员和冯锦明研究员以及中国气象科学研究院翟盘茂研究员。成果在线发表于综合性学术期刊Science Bulletin，得到国家重点研发计划项目（2018YFC1507700）和中国科学院A类战略性先导科技专项课题（XDA20020201）以及国家自然科学基金项目（42025503）的联合支持。
图1（a-b）实际观测的和全强迫条件下模式模拟的2021年7月19日–7月21日三天累计降水量的空间分布。其中，红色方框表示归因分析的目标区域。（c-d）当前人为气候暖湿化导致的三天累计降水量、700百帕高度水平风场以及500百帕高度潜热加热率的变化。（e）左侧：不同大样本集合归因试验模拟的河南区域平均三天累计降水量的频率分布直方图和正态分布拟合曲线。其中，绿色、灰色、橘色和紫色分别代表工业化革命前无人为气候暖湿化情景、和当下以及在SSP1-2.6和SSP2-4.5共享社会经济路径下本世纪末人为气候暖湿化情景。右侧：大样本集合模拟结果对应的箱线图。其中，箱体内黑线代表集合中位数；箱体上、下边缘分别表示上、下四分位数；上、下须线分别表示第95和第5百分位数。（f）不同大样本集合归因试验模拟的小时雨量等于或大于100毫米的短时强降水事件的发生概率。其中，实线表示集合中位数，阴影表示5%–95%范围。图中数值显示过去、当前、和未来情景试验模拟的发生概率。
图2（a-b）在有/无当前人为气候暖湿化情景下，模式模拟的通过目标区域四个边界的不同对流层高度的（低层：1000-700百帕；中层：700-400百帕；高层：400-300百帕）大气水汽输送。其中，正值表示西风和南风水汽输送，负值表示北风和东风水汽输送。蓝色和橘色箭头分别表示水汽流入和流出。（c）模式模拟的当前人为气候暖湿化所致的“21·7”河南极端强降水过程中的水汽输送变化。（d）对流层垂直分层示意图。
原文信息：
Jun Wang, Yang Chen, Ji Nie, Zhongwei Yan, Panmao Zhai, Jinming Feng. On the role of anthropogenic warming and wetting in the July 2021 Henan record-shattering rainfall. Science Bulletin (2022).
