北京大学​物理学院张庆红团队揭示中国冰雹风暴的气候影响与未来趋势

近日，北京大学物理学院大气与海洋科学系张庆红教授课题组基于中国历史文献近3000年的记录和全国2000多个气象站近60年的观测数据，利用人工智能技术，揭示我国冰雹日数自工业革命以来呈显著增加趋势，该趋势可能由人类活动引起的气候变暖所驱动。2025年9月，相关研究成果以《基于千年尺度记录的中国冰雹风暴气候影响与未来趋势》（“Climate Impacts and Future Trends of Hailstorms in China Based on Millennial Records”）为题，发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。

冰雹风暴具有时空尺度小、变化剧烈和可预报性低等特征，严重威胁农业生产和人民生命财产安全，是全球频发的极端天气事件。联合国通报2024年是人类历史上有观测以来最热的一年，全球平均气温比工业革命前增加了1.5℃。随之而来的2025年，全球各地遭受了频繁的冰雹风暴天气袭击。气候变暖背景下，冰雹频率如何变化是全球各国政府和科学界关注的科学难题，冰雹风暴长期观测记录的匮乏给该问题的回答带来挑战。

张庆红课题组收集中国古籍记载，重建了长达2890年的冰雹历史记录，并聚焦于1500年至1948年间高度可靠且一致的观测记录，发现了一个显著的气候转折点出现在工业革命前后：在1850年之前，冰雹风暴日数保持稳定，但之后开始显著增加（图1）。这种增加和全球平均温度变化有很强的相关性。研究还发现了有规律的自然变率：1850年以前，准百年周期主导着冰雹风暴日数的变化；而之后则转变为年代际周期主导。这两种模态都与太平洋年代际振荡（PDO）存在内在联系，证明中国长期的冰雹风暴频率变化趋势是人类活动驱动的气候变暖与PDO所代表的固有自然变率共同调节的结果。

图1. 1500—1948年中国冰雹风暴日（a浅灰色线）、去人口趋势的冰雹风暴日（a深灰色线）、人口（b蓝色线）和全球平均温度扰动（b绿色线）的变化

研究继续利用卷积神经网络模型（CNN）选取古代冰雹风暴记录为训练集，现代记录为测试集，对未来气候状态下冰雹风暴日数进行预测，发现在持续变暖的驱动下，21世纪中国冰雹风暴日数将进一步显著增加（图2）。同时，PDO的振荡变化将影响冰雹风暴日数的峰值出现时间，预计该峰值将出现在21世纪70年代左右。

图2. 冰雹风暴日过去、现在和未来气候态的变化趋势以及相关的全球平均温度扰动和PDO

这项研究基于前所未有近3000年尺度的观测提供了关键证据：人类活动导致的气候变暖确实正在加剧诸如雷暴风暴等极端天气灾害的频率，这对未来全球的灾害风险评估、适应性规划以及气候韧性建设具有深远意义。同时该研究彰显了中华古老文明对世界气候变化科学的贡献。

张庆红和物理学院大气与海洋科学系博士后李如梦为本研究的共同第一作者，张庆红和杜克大学李文弘教授为共同通讯作者。西北大学李潇斐副教授也参与了研究工作。合作者还包括物理学院大气与海洋科学系博士后吴振鹏、博士生张诗怡以及赵传峰教授。上述研究工作得到国家自然科学基金重点项目（42030607）以及中国科学院重大科技基础设施建设项目（地球系统数值模拟装置）的支持。