湿度有两种类型：相对湿度（即饱和度）和比湿（即空气中水汽的含量）。
科学家发现，比湿有所上升，而许多地区的相对湿度则有所下降。
湿度变化在全球和地方层面都会产生重大的连锁影响，包括对野火强度和频率的影响。
空气中水汽不足会影响野火的强度和频率。野火。水汽充足且气温偏高时，可能导致热应激，影响人和动物。
因此，随着全球气温上升，科学家必须了解湿度（即空气中水汽的含量）正在如何变化，以及未来可能如何变化，这一点至关重要。
在一项新的数据集及配套论文中，我与合著者探讨了湿度的不同方面如何在世界海洋上呈现截然相反的变化趋势。
什么是湿度？
简单来说，湿度是衡量空气中悬浮水汽含量的指标。不过，湿度可以有不止一种划分方式，气候科学家和气象学家通常采用两种主要定义。
第一种是比湿。比湿也称为“含湿量”，是指水汽质量与水汽和空气总质量之比，即空气中水汽的含量。其单位为每千克湿空气所含水汽的克数。
第二种是相对湿度。这是以百分比表示的指标，用于衡量空气的“饱和”程度。换言之，即空气所含水汽量与其所能容纳的最大水汽量之比。
全球湿度观测数据表明，比湿（即水汽含量）有所上升。与此同时，许多地区的相对湿度（即饱和度）却有所下降。
湿度悖论
这一表面上的悖论主要有两方面原因：地球正在变暖，而温度较高的空气能够容纳更多水汽。
大气、陆地和海洋均在变暖。首先，这意味着地球表面蒸发的水分增多。其次，空气中以气态形式容纳的水分可以增多，而且确实在增多。如下图所示，比湿的上升在陆地（绿线）和海洋（蓝线）上空均有发生。
根据克劳修斯-克拉珀龙方程，气温每上升1摄氏度，空气通常大约能够多容纳7%的水汽。因此，若要在气温上升1摄氏度的情况下保持相对湿度不变，空气中的水汽含量也需要增加7%。
理论上，若不存在限制因素，这便是我们预期会出现的增长速率。然而，现实世界确实存在限制因素，因此相对湿度正在下降。
在过去几十年里，地球陆地表面的升温速度快于海洋。但是，海洋拥有取之不尽的水源可供蒸发，而陆地则并非如此。
事实上，我们知道陆地上空的大部分水汽实际上源于海洋蒸发。这些湿润空气借助大气环流在全球范围内移动，其中一部分随后流经陆地。
海洋升温较慢，意味着海洋上空蒸发并随后容纳于空气中的水汽不足以跟上陆地气温的上升。这意味着空气的饱和程度已不如从前，如下图所示，相对湿度已经下降。
并非所有地区的相对湿度都在下降
尽管全球平均相对湿度有所下降，但在一些地区，例如印度和部分高纬度地区，相对湿度似乎正在上升。
还值得注意的是，导致相对湿度出现区域性变化的，可能还有其他因素。
首先，热量通过大气风和洋流在全球范围内传输，而风和洋流的模式与强度变化又会反过来影响大气湿度水平。其次，我们知道，大气中二氧化碳（CO2）浓度的增加，以及温度和湿度的变化，都会影响植物释放的水分量。
第三，随着时间推移，土地利用发生了重大变化，包括森林砍伐、城市化以及向集约化和灌溉农业的转变，这些都会影响局部湿度水平。例如，研究表明，灌溉过程中添加的水分可能会加剧印度的热应激，尽管这些水分能够降低局部气温。
海洋湿度又如何？
聚焦世界海洋，观测数据表明，正如所预期的那样，海洋上空空气中的比湿有所上升。这一点已在我的同事和我近期发表于《地球系统科学数据》期刊的一项新的全球数据集中得到证实。
有趣的是，这一新数据集显示，海洋许多区域的相对湿度实际上有所下降。这足以导致全球海洋平均相对湿度下降。
鉴于我们目前对湿度和蒸发的物理认知，这一下降趋势很难解释。例如，根据气候模式的预期，海洋相对湿度应基本保持稳定或略有上升。
然而，我们也知道，海洋上方相对湿度的观测数据存在质量问题，因此这一下降趋势的不确定性很大。那么，这些数据是否真实反映了实际情况？
在某些区域，这一下降与附近陆地相对湿度的下降相一致。此外，再分析数据（即结合直接测量与天气模式得出的估算值）也显示平均而言出现了下降，尽管逐年变化模式略有不同。简言之，我们需要对此作进一步研究。
更广泛的影响
湿度变化在全球和地方层面都会产生重大的连锁影响。
地表水汽增加，意味着更多水汽最终会通过大气向上输送，而水汽作为温室气体的作用在此变得十分重要。
空气中较高的湿度水平也意味着降雨增多，尤其是强降雨事件。极端事件，例如飓风，本已可能对社会和环境造成毁灭性影响，而其降雨量的增加使其变得更加危险。此外，湿度升高还会增加热应激风险，尤其是在非常炎热的日子里。
相对湿度下降的影响则不那么明显。饱和度下降将影响一个称为水汽压差的指标。该指标基本上衡量的是在特定温度下，大气还能容纳多少额外水汽。当水汽压差较高时，植物可能需要关闭其气孔以避免过度失水。在这些干燥条件下，野火更容易发生并更容易蔓延。
陆地相对湿度的下降确实十分值得关注。尽管我们观察到了气温和比湿的上升，但在气候模式的历史重建中并未看到同样的下降。这意味着，与饱和度和水汽含量相关的未来影响更加不确定，尤其是在相对湿度变化显著的那些地区。
全球数据集
数十年来，湿度一直使用干湿球温度计进行测量，不过近年来电子传感器的使用更为普遍。与所有气象观测一样，存在多种误差和偏差来源，必须加以修正，才能确保我们观察到的是气候信号，而非观测系统本身的特征。
过去几年间，我领导了英国气象局哈德利中心HadISDH数据集的开发工作，该数据集涵盖陆地和海洋的地表湿度。这是英国气象局、英国国家物理实验室、梅努斯大学、美国国家海洋和大气管理局国家环境信息中心、气候研究小组（隶属于东英吉利大学）以及英国国家海洋学中心之间合作的成果。
该数据集旨在用于研究大尺度趋势与变率、评估气候模式的有效性，以及理解气候变化。
该数据集提供了1973年1月至2019年12月期间全球网格上的月平均数据。该数据集将于每年1月更新，包含七个变量，其中包括比湿、相对湿度以及同步测量的气温。如需进一步了解，可从英国气象局网站下载相关数据，目前该数据集也已纳入英国气象局气候仪表盘。
该数据集使用的是海洋上船舶和陆地上气象站的温度与湿度观测数据。自20世纪70年代起，其全球覆盖范围较为合理，不过南半球覆盖较差，尤其是海洋区域。
然而，令人颇为担忧的是，自愿观测船（VOS）是我们进行直接测量所依赖的力量，但其数量自20世纪80年代约7,700艘的峰值大幅下降，目前仅剩约4,000艘。
由于地表湿度难以通过卫星或漂流浮标轻易测量，我们持续监测这一极为重要变量的能力正面临切实风险。
