大气环流型和全球变暖协同导致超级热浪事件

2022年北半球入夏以来，包括美国、欧洲乃至我国境内，接连出现了罕见热浪。持续高温让很多中国老百姓第一次听说了“热射病”这种严重中暑可致死的疾病。习惯了凉爽夏季的英国民众面对超过40度的破纪录高温措手不及，伦敦多处爆发野火，消防和医疗体系告急。

近百年特别是近半个世纪以来，全球地表温度表现出前所未有的强烈增暖。政府间气候变化专门委员会最新发布的第六次气候变化评估报告（IPCC AR6）指出，相对于1850—1900年，2001—2020年平均全球地表温度升高了0.99（0.84-1.10）℃。与此同时，区域气候也发生了一定程度的改变，特别是极端天气发生频率显著增加，强度也不断提高，对生态系统、人类生活和社会经济都产生了严重影响。

这不禁让人回想起去年北半球“发烧”的新闻：2021年6月底至7月初，北美西部发生了一次前所未有的超级热浪事件，气温打破了多地有观测以来的历史纪录，加拿大的英属哥伦比亚省利顿镇甚至出现了49.5℃的历史最高气温。此次超级热浪事件导致了数百人死亡，造成了沿海生物的大量死亡，引发了可怕的森林野火。

中国科学院南海海洋研究所王春在研究员团队7月22日发表在大气所主办的英文期刊Advances in Atmospheric Sciences上的研究，利用逐日的大气再分析资料，定义了与此次北美超级热浪事件发生发展相关的大气环流异常模态，重建了本次超级热浪事件发生演变过程，确定了大气环流异常信号的来源；并通过第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中的检测归因模式比较计划（DAMIP），估算了中等排放情景（SSP245）下，2021—2100年北美西部发生类似本次热浪事件的概率。这项研究对于热浪事件的形成与发展，以及了解未来情景下热浪事件的变化都具有重要的学术价值。

他们研究发现，从物理机制角度来说，局地“热穹顶”形成是本次超级热浪事件发生的最关键原因，而引发“热穹顶”的异常大气环流信号则主要来自于北太平洋和北极，并与北极极涡的异常活动有关。实际的气候变化可以由自然内部变率、自然外强迫（例如太阳、火山）和人为外强迫三部分引起。除了异常大气环流这一自然内部变率以外，研究发现人为外强迫对这次北美热浪事件也具有重要影响。那从长期来看，自然外强迫和人为外强迫对类似本次热浪事件的发生分别有多少贡献？在未来，类似的极端事件发生概率是否又会不断增加？

为了回答这些问题，研究者利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中的检测归因模式比较计划（DAMIP），通过极端事件的检测与归因方法，探究自然外强迫和人为外强迫对本次极端事件的影响。论文第一和通讯作者王春在研究员指出，从长期来看，温室气体排放为主的人类活动不仅是逐日气温增加的主要原因，也会大幅度增加类似热浪事件发生的概率。根据CMIP6模式数据估算，在中等排放情景（SSP245）下，2021—2100年北美西部地表大气温度的概率密度曲线将整体向更高的温度移动，这也将导致北美西部发生类似本次热浪事件的概率从1.2%提高到32.18%。这也进一步说明，如果不采取适当的减排措施，以往百年一遇的超级热浪事件在未来将会变成常态，并将严重威胁人类健康与生态平衡。

什么是热穹顶？

热穹顶

热穹顶是指高层大气热高压在一段时间内停滞不动，高压与附近低压之间的大气环流形成了稳定的“Ω”型，高压像个罩子一样把热空气盖在热浪发生区域，同时阻止了冷空气进入，使热穹顶里的温度越来越高，从而引发热浪或超级热浪事件。进一步，为什么高层大气热高压会使地表大气温度升高？这就不得不提大气中的下沉绝热增温现象：当气团下沉运动时，若与外界没有热量交换的情况下，由于外界气压比起团内部气压高，会压缩气块使气团体积缩小，同时气团内气体被压缩做功，内能增加，温度上升，这种现象称为下沉绝热增温。具体来看，靠近地面的低层空气被地面加热后，在热穹顶里上升，但是由于上层是高气压，又被上层的高气压压回地面，如此这样的下沉绝热增温循环导致热穹顶里的温度越来越高。同时，稳定的“Ω”型大气环流，使得冷空气无法进入热穹顶，热穹顶内部的气温无法降低，从而在热穹顶下方引发了持续性的超级热浪事件。