根据气候模型，随着地球因气候变化而变暖，全球有些地区将比其他地区降雨量更大——多很多。
“如果你看一张全球模型预测变化和降水的地图，我们会发现模型在一些地区产生了强烈的增加，”瑞士苏黎世大气与气候科学研究所的大气科学家Stephan Pfahl说。“在其他地区，它们几乎没有产生任何变化，甚至一些海洋地区还显示出极端降水的减少。”
虽然这一点已经了解了一段时间，但科学家们还不确定原因。我们对极端降水——2015年南卡罗来纳州和本月加拿大东南部加拿大发生灾难性洪水的那种雨和风暴——的主要驱动因素的基本理解，主要集中在与大气中额外水分相关的变化上。未来大气将更加湿润，因为更热的空气携带更多水分。
“但仅仅基于这种水分含量，人们不会预料到这种空间变异性，”Pfahl说。
换句话说，这解释了降水的增加——但没有解释为什么有些地区会发洪水而其他地区会保持干旱。
在今天发表在《自然气候变化》杂志上的一项研究中，Pfahl和他的同事们试图更清晰地描绘出这些即将到来的变化，以便研究人员能够更好地完善区域气候模型。最终目标是让社区更好地了解气候变化将如何影响他们，以便他们能够设法相应地适应。虽然这些预测存在，但其结果伴随着很大的不确定性。Pfahl的研究有助于剖析现有的全球气候模型，以了解哪些因素导致了我们已经拥有的预测，从而改进未来的模型。
如果研究模型数据以更好地了解气候如何运作听起来有些倒退——就像一位航空工程师设计了一架飞机，然后又将其拆开以了解它是如何飞行的——你可能还没有完全理解气候模型是如何工作的。气候模型是对大气、海洋、陆地表面、冰和太阳之间相互作用的数学表示。我们将我们所知道的大部分关于地球如何运作的知识（以及基本物理学、化学等）输入其中，并与记录的气候数据进行对比来展示它们的准确性。2016年发表在《海洋科学》杂志上的一项研究发现，气候模型在1970-2005年间的预测海洋变暖与记录的测量值在三个百分点以内。
由于气候模型能够发现我们在构成真实世界的庞大数据集中可能忽略的趋势，因此它们有时会产生看似奇怪的预测或结果。这就是为什么，正如这项研究和其他研究所表明的那样，研究人员有时不得不去寻找异常结果的解释。
“我们查看了许多气候模拟的输出，”Pfahl说。“这些模型可以因为不同的原因导致极端降水量的变化。如果大气中的水分含量发生变化，那么这将导致极端降水量的变化。”这不足为奇。但研究人员发现，垂直风速的变化也会导致预测的降水变化。你可以将水平风视为蛋糕的层。风可能从左到右移动，甚至以圆形方式移动，但它们仍然保留在这些蛋糕层中。相比之下，垂直风向上或向下移动，冲破这些蛋糕层。
通过形式化水分含量、垂直风和降水之间的关系，Pfahl能够分别考察这些因素的影响，并计算出如果垂直风保持不变，而只有大气的水分含量发生变化，极端降水将如何变化。这样做使Pfahl能够认识到，垂直风似乎导致了极端降水事件的空间差异——他的模型数据与当前气候数据相匹配。
虽然Pfahl的研究侧重于全球气候模型，但如果其他研究人员证实了这些结果并将其纳入下一代气候模型，它们也有望改善区域预测。科学家可以利用特定区域的垂直风速来预测各自水分增加将带来多少降水。
“如果我们真正理解预测背后的物理原理，我们就可以对这些模型更有信心，”Pfahl说。“在这种情况下，我们的研究有助于增强这种信心。”
