气候变暖正在加剧极端天气相关事件——灾难性洪水、严重飓风和气旋，以及因干旱加剧的野火。然而，地方社区、应急和公共安全机构以及保险和风险市场所使用的工具，在准确预测这些事件如何演变方面，一直未能跟上最新数据和建模技术的发展步伐。
解决这一不足是麻省理工学院2022年气候重大挑战计划所选定的五个研究领域之一，该计划旨在加速推进基于科学的气候问题解决方案。这一名为"应对天气与气候极端事件新世界"的研究领域，重点开发工具，帮助评估某地区面临洪水、气旋、潮湿热浪或其他气候相关事件的脆弱性。
四年后，来自"天气与气候极端事件"项目的40多名教师和学生研究人员开展合作，已产出29篇发表的研究论文，以及已投入使用或即将部署的数字工具和数据集。各个具体项目涵盖预测、风险评估、实地规划和韧性基础设施建设等多个方面。
麻省理工学院能源与气候副校长伊芙琳·王表示："美国各地以及世界各地的社区都已在应对极端天气带来的后果。"自2024年以来，她的办公室一直为所有"重大挑战"计划提供资金和支持。"通过气候重大挑战计划，麻省理工学院的一个跨学科团队正在推进科学、技术和实用策略的发展，帮助社区预判这些风险，并增强抵御能力。"
减少科学不确定性
麻省理工学院地球与行星科学系罗伯特·R·施罗克教授、"天气与气候极端事件"项目联合负责人保罗·奥戈曼，正在完善极端天气事件预测背后的科学基础，例如去年发生在美国得克萨斯州中部和巴基斯坦的重大洪水事件。他说："已经出现了许多前所未有、打破记录的事件，我们希望了解随着气候变暖，这些事件将如何变化，以及它们在不同地区的变化情况。"
他的团队一直在研究的一个方面是极端降雨事件与气候变暖之间的关系。气候模型预测，在美国和欧洲的大部分地区，极端降雨在夏季的增幅低于其他季节。奥戈曼的团队发现，这些季节性变化不仅源于大气中的含水量（以比湿衡量），还源于大气接近饱和的程度（以相对湿度衡量）。他说："我们发现相对湿度的变化起了很大作用，这一点此前一直未被充分认识，也是我们需要纳入考量的因素。"
建模具有挑战性：相对湿度取决于空气环流、陆地相对于海洋的升温速度、土壤湿度和植被情况。奥戈曼说："这是一个复杂的过程，但这有助于我们理解降水模式。"
麻省理工学院大气科学教授、同样担任"天气与气候极端事件"项目联合负责人的凯瑞·伊曼纽尔，正在研究更好地评估极端飓风和强对流风暴（如雷暴和龙卷风）风险的方法。他说："对于飓风，我们已经基本掌握了规律。仅使用不含飓风信息的粗粒度天气数据，我们就能非常好地重现真实飓风的统计特征。"但对于强对流风暴，"我们还远未达到这个水平"，而这类风暴"在过去十年造成的生命损失和破坏比飓风更多"。
伊曼纽尔指出，有关风暴物理学的研究已经在影响实践应用。例如，一家名为First Street的公司正采用伊曼纽尔的研究方法，为地方政府、保险公司、开发商和房地产平台就美国每一处私有房产的环境风险提供指导。
提升韧性
"重大挑战"计划的另一个阶段由麻省理工学院建筑系副教授、韧性设计领域权威专家苗·马泽尔乌领导，致力于将科学建模和数据采集所获得的信息，转化为供实地规划人员使用的工具。例如，该团队与波士顿和佛罗里达州布劳沃德县的负责人及社区成员合作，开发了基于网络的交互式工具，使针对洪水等广泛场景影响的规划工作变得更加便捷。
马泽尔乌"城市风险实验室"的研究科学家阿迪蒂亚·巴尔韦表示："当极端事件发生时，科学知识与可付诸行动的公共信息之间存在差距。"这种差距体现在多个层面——从在人们需要时及时传递实时信息，到收集数据以支持长期规划，再到向社区传达这些规划方案。"我们的思路是通过社区应急数据采集工具、前瞻性恢复规划工具，以及用于大规模可视化未来气候影响的人工智能辅助工具，来弥合这一差距，从而让社区在事件发生时做好准备。"
该团队一直致力于让更广泛的利益相关方能够使用洪水建模的输出结果，尤其是在需要专业软件或技术专长可能拖慢各市政部门决策速度的情况下。巴尔韦说："用户可以提出实际问题，例如在不同洪水情景下哪些学校可能保持相对干燥，并能在几秒钟内获得基于洪水模型和城市数据集的答案。"
至于极端天气事件后的恢复重建，马泽尔乌指出，大多数市政当局都制定了应急响应计划，但很少有在事件发生前就制定包含住房安排的恢复计划。不过她表示，如果社区能够提前规划恢复重建如何为城市带来更美好的未来，就能更好地利用灾后可获得的应急救援资金。"几乎在所有情况下，灾后可获得的资源都要丰富得多，"她说，"通过提前制定计划，这些资源就能与城市未来发展的愿景相契合。"
优化能源基础设施
麻省理工学院土木与环境工程系副教授迈克尔·豪兰正与团队合作，分析极端天气对能源基础设施的影响，团队成员包括麻省理工学院数据、系统与社会研究所教授杰西卡·特兰奇克，以及麻省理工学院土木工程埃德蒙·K·特纳教授摩西·本-阿基瓦。该团队尤其关注对电力系统的影响，以及优化新能源基础设施选址和规模决策的方法。
现任麻省理工学院杰弗里·钱职业发展副教授的豪兰表示，电力系统正同时受到两方面因素的日益改变：一是可再生能源和储能技术的普及，二是气候变化驱动的天气和极端事件的大规模变化。他说："这两个因素中的任何一个都可能单独将我们的电力系统推向超出以往经验范畴的境地，而由于它们同时发生，其叠加的协同影响可能会更大。"
豪兰指出，将气候建模与电网基础设施研究结合起来，加速推进了我们对如何在适应气候变化的同时减缓气候变化的实际认识。这种建模也能以一些不那么显而易见的方式为基础设施决策提供参考。例如，他表示，他们针对得克萨斯州电力资源选址的优化模型，得出的结果是将多座风电场布局在墨西哥湾沿岸。他说："如果你查看平均风速地图，你可能会觉得这没什么道理，因为得克萨斯州西北部的平均风力确实更大，而墨西哥湾沿岸的风力则要小得多。"
但事实证明，典型的日常风力变化周期具有互补性，因此分布在这两个地区的风电场往往能相互平滑输出波动，并更好地与太阳能发电形成互补，从而减轻电网的负担。他说，现在"我们正尝试更进一步，不仅仅是平滑发电输出，而是让发电真正与随时间和空间变化的电力需求相匹配，这样就能减少对储能、输电及其他备用发电能力的需求"。
豪兰表示，这项工作仍在进行中，希望最终能够形成一些产品，直接为电网规划人员和监管机构提供关于各类电力基础设施资源选址和规模的可操作信息。"我们希望持续提升模型的真实性和准确性，最终使其成为电网规划人员更加实用有效的工具。"
伊曼纽尔补充说，"天气与气候极端事件重大挑战"项目以及其他致力于精确识别气候变化可能带来的各类风险的项目，已经产出了大量具体而详实的信息，可以为政治、经济和公共决策提供指导。他说，将这些信息应用于现实世界的过程可能会比较缓慢——"就像驾驶一艘超级油轮转向"——但进展终将到来。
Q&A
Q1：麻省理工学院气候重大挑战计划主要研究哪些内容？
A：该计划旨在加速推进基于科学的气候问题解决方案，其中"应对天气与气候极端事件新世界"这一研究领域重点开发工具，帮助评估地区面临洪水、气旋、潮湿热浪等气候相关事件的脆弱性，四年来已产出29篇研究论文及多项数字工具和数据集。
Q2：极端降雨与气候变暖之间存在什么关系？
A：研究发现，极端降雨的季节性变化不仅取决于大气中的含水量（比湿），还取决于大气接近饱和的程度（相对湿度）。相对湿度的变化此前一直未被充分重视，而它对降水模式的影响很大，这一发现有助于更准确地理解和预测极端降雨事件。
Q3：社区在极端天气事件后应如何做好恢复规划？
A：研究人员建议，社区应在极端天气事件发生前就制定包含住房安排的恢复计划，而不仅仅是应急响应计划。这样可以更好地利用灾后获得的应急救援资金，使这些资源与城市未来发展的愿景相契合，从而实现更有效的灾后重建。
