凝视欧洲500年洪水涛涛，气候历史学家发现了什么？
原文作者：Francis Ludlow & Rhonda McGovern
欧洲丰富的历史文献遗产被用来重建欧洲大陆过去五个世纪的洪水历史。这可以帮助决策者制定未来的洪水管理策略。
在《自然》发表的一篇论文中，Blöschl等人[1]利用大量的书面历史观测资料，展现了公元1500年至2016年期间欧洲103条主要河流的洪水历史，由此揭示了9个影响了欧洲大量地区的洪水多发期，并且发现最近一次的洪水多发期可能还没有结束，但它在几个关键方面与其他几个多发期有所不同。
有观点认为在1870年至2016年期间，平均约有0.03%的欧洲人口每年都会受到洪水的影响，年均损失占国内生产总值的0.8-0.9%[2]。由于气候变化[2]，预计未来欧洲相当大的地区的洪涝灾害会增加，因此，如果没有有效的管理和适应措施，这些损失可能会更大。
这类措施必须以现有的认识为基础，并且需要了解长期的洪水模式。决策者必须知道他们是生活在一个洪水多发期（洪水频率、程度或影响范围大于平时），还是生活在一个洪水少发期（洪水频率、程度或影响范围小于平时）。任何一个流域在某一年发生极端洪水都是罕见事件，但在欧洲等较大区域累积起来的风险会更高；所以这些地方的洪水历史越长、空间范围越广就越好。
幸运的是，欧洲拥有世界上最丰富、最多样的历史文献资料，从年鉴和编年史到行政和法律记录、信件和报纸，应有尽有（图1）。这些资料大量记录了对极端天气和灾害（如洪水）的观察，因为它们往往会对人类造成严重的影响，场面非常壮观，还被赋予了预示或代表人类天谴神罚的宗教意义[3]。例如，公元1471年的爱尔兰《康诺特年鉴》（Annals of Connacht）曾记载[4]：“[5月1日]前后下起了冰雹，伴随着闪电和雷声，爱尔兰各地的许多花朵、豆类和水果都被摧毁。其中一场下在东边，冰雹有两三英寸长，被击中的人身上留下了很大的伤口…还有一场…下在博伊尔修道院；我们从当地居民那里听闻说，一艘船可能漂在修道士大教堂的地板上。”
图1｜洪水的历史证据。这幅木刻版画的复制品描绘了1854年德国格劳豪街道被淹的情景。Blöschl等人[1]利用历史记录中的信息构建了1500年至2016年的欧洲洪水史。来源：Alamy
这种描述体现了文献资料的优势：日期准确，空间分辨率高，关于所涉气象条件及其对人类的影响一般都有明确记录，不会混淆。这种证据被用作历史气候学的基础，历史气候学的起源至少可以追溯到20世纪20年代[5]，在Hubert Lamb和Hermann Flohn等先驱者的推动下，该领域在20世纪60年代和70年代加速发展。他们的工作使人们进一步认识到，在过去的几个世纪里，气候发生了社会意义上的变化，削弱了认为长期气候在这一时期变化不大的观点[6]。
然而，尽管这一领域不断发展，但历史气候学家Christian Pfister和气候科学家Heinz Wanner在2002年评论说[7]，“许多科学家认为，在仪器时代到来之前进行的观测是‘主观的’，不如自然指代数据可靠。”他们继续说道，“一旦经过校准和核实...那些数据便是精确的，其时空分辨率是任何其他气候指代数据无法比拟的。”从那时起，历史气候学家就不断地鉴定证据，开发评估其可信度的方法，并将其量化以重建过去的气候[8–10]。基于他们对9576次洪水的历史记录的汇编，Blöschl等人为我们了解欧洲洪水历史做出了重大贡献。
过去的降水模式与温度模式相比，在空间上的变化更大，因此更难重建。重建洪水更是难上加难，因为洪水不仅取决于降水，还取决于人类对景观的利用，从上游砍伐森林到筑坝、架桥和城市化，皆包括在内。它还与当时的气温有关，而气温在欧洲各地具有季节性和区域性的差异，这影响到蒸发和土壤湿度以及春季融雪的时间[11]。因此，值得注意到是，Blöschl及其同事在所有洪水多发期（除一个之外）和低于正常平均气温的气候盛行之间建立起了时间上的关联。相比之下，欧洲最近一次的洪水多发期（1990年至2016年，截至最近可用数据）是在气候变暖的背景下发生的特殊情况。（这里指一个延伸到西欧、中欧和意大利北部的地区，最近这次洪水多发期被作者定义为最严重的洪水时期之一。）
这项工作的一个亮点是注意控制信源类型和丰度在空间和时间上的变化所产生的偏差，这是一个长期存在的问题，虽然经常被人指出，但很少得到解决[3]。另一个突出的特点是，作者对每个洪水多发期的规模、持续时间和地理环境做了三维可视化处理（见论文[1]图1和补充视频1）。这促使人们考虑可能驱动这些时期的内部和外部气候过程，以及它们的区域性表现如何在海洋和大气环流的主要模式的行为中表现出来，或受其影响。
Blöschl等人指出，北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，NAO）是一个关键的存疑因素，它是冰岛和亚速尔群岛之间气压梯度的波动，控制着欧洲上空充满湿气的冬季西风的强度和定位（以及伴随而来的风暴路径）。根据这一气压梯度的强弱，西风要么给北欧和西北欧带来相对温暖的风和雨，使南欧变得干燥和凉爽，要么流向南欧，使北欧和西北欧受到北极干冷空气的侵袭。
但是，具体是什么机制在起作用，仍然存在模糊不清的地方。由于各地区的主要洪水季节不同（例如北欧和西北欧为冬季，中欧为夏季），冬季NAO只能解释部分情况。在观测到的洪水多发期中，盛行气温的相关作用也仍然是一个未决问题。地球系统模型与基于过程的水文模型相结合(如作者所言)，可用于捕捉地面上会增强或抑制洪水的自然过程和人类过程的复杂性。它还可以让人们进一步了解低于正常气温的气候条件与大多数洪水多发期之间的联系，在多大程度上是因果关系或相关关系，以及最近一次的洪水多发期在多大程度上是人为造成的气候变暖的结果。
Blöschl等人清楚地表明了历史气候学的潜力，但还有更多的途径可以推进这种重建过去气候的方法。遥远的过去的书面气候证据可能变得特别不连续，但年轮证据（测量年轮宽度、密度和同位素组成——与气候条件相关），在很长一段时间内都比较连续。然而，年轮证据通常只反映生长季节的气候，而书面证据可以证明所有季节的天气。如果更经常地以互补的方式使用这两种资料[12]，就会提高我们对每种资料中保存的气候信号的理解，并有助于解决某些认知冲突；例如，公元1540年的欧洲大旱在书面记录中很明显，但在某些年轮证据中却显得比较模糊[13]。
还有更多的书面资料等待被发现，包括天气日记，这些文件因其对天气状况的标准化、系统性记录而在历史气候学中受到高度重视。它们不仅可以在最近的几个世纪中找到，有时甚至可以延伸到更早的时期，比如令人难以置信的巴比伦“天文日记”（astronomical diaries）[14]，它在公元前七世纪就有系统地对天气进行日常观测，但这些文献在很大程度上仍未被利用起来。正如Pfister和Wanner在2002年所说的[7]，“全世界存在着成千上万卷日常观测资料，但其中包含的气候信息却没有得到分析。让我们开始工作吧！”
参考文献：
1.Blöschl, G. et al. Nature 583, 560–566 (2020).
2. Paprotny, D., Sebastian, A., Morales-Nápoles, O. & Jonkman, S. N. Nature Commun. 9, 1985 (2018).
3. Ludlow, F. in At the Anvil: Essays in Honour of William J. Smyth (eds Duffy, P. J. & Nolan, W.) Ch. 5 (Geography Publs, 2012).
4. Freeman, A. M. (ed.) Annála Connacht: The Annals of Connacht, A.D. 1224–1544 (Dublin Inst. Advanced Studies, 1944).
5. Brooks, C. E. P. Q. J. R. Meteorol. Soc. 54, 309–317 (1928).
6. Chambers, F. M. & Brain, S. A. Holocene 12, 239–249 (2002).
7. Pfister, C. & Wanner, H. Past Glob. Changes Mag. 10, 2 (2002).
8. Brázdil, R., Pfister, C., Wanner, H., Von Storch, H. & Luterbacher, J. Clim. Change 70, 363–430 (2005).
9. White, S., Pfister, C. & Mauelshagen, F. (eds) The Palgrave Handbook of Climate History (Palgrave Macmillan, 2018).
10. Camenisch, C., Bauch, M., Huhtamaa, H., Pei, Q. & White, S. Past Glob. Changes Mag. 27, 73 (2019).
11. Blöschl, G. et al. Nature 573, 108–111 (2019).
12. Gao, C., Ludlow, F., Amir, O. & Kostick, C. Quat. Int. 394, 180–193 (2016).
13. Pfister, C. et al. Clim. Change 131, 191–198 (2015).
14. Huijs, J., Pirngruber, R. & van Leeuwen, B. in A History of Market Performance: From Ancient Babylonia to the Modern World (eds van der Spek, R. J., van Leeuwen, B. & van Zanden, J. L.) 128–148 (Routledge, 2015).
原文以Five centuries of human observation reveal Europe’s flood history为标题发表在2020年7月22日的《自然》新闻与观点版块
© nature
doi: 10.1038/d41586-020-02138-2
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