今年熱浪為何如此狂野？

根據(jù)世界氣象組織（WMO）和世界衛(wèi)生組織的說法，熱浪和極端高溫的出現(xiàn)頻率正變得越來越高，并將在未來成為常態(tài)，我們還會看到更駭人的極端天氣。它們除了嚴(yán)重影響人類健康，還會損害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，導(dǎo)致缺水，威脅人類的生存。

今年7月初，德國學(xué)者于Nature子刊發(fā)文稱：

歐洲已成為熱浪的“熱點(diǎn)地區(qū)”，過去42年間，歐洲熱浪頻率的增加速度是美國和加拿大等北半球中緯度地區(qū)的3～4倍。

這在很大程度上與歐亞大陸上空“雙急流”出現(xiàn)頻率和持續(xù)時間增加有關(guān);西歐地區(qū)氣溫變化的35%可歸因于“雙急流”。

急流指的是大氣中的一股又強(qiáng)又窄的氣流帶，中心最大風(fēng)速達(dá)每秒30米以上，是大氣環(huán)流的一個重要特征。在某些因素影響下，歐洲大陸上空的急流有時被一分為二，形成雙急流，從而助推極端高溫產(chǎn)生。

由于緯度原因，印度、孟加拉國、巴基斯坦等南亞國家在3月份就開啟了炎熱夏季;進(jìn)入四五月后，這些地區(qū)更是體驗到地獄級高溫。印度經(jīng)歷了有記錄以來最熱的3月，122年以來最熱的4月，以及近50℃的炙烤體驗。巴基斯坦的4月為61年來最熱，同時也有50℃高溫出現(xiàn)。

據(jù)報道，熱浪還帶來了嚴(yán)重的連鎖反應(yīng)。高溫使得當(dāng)?shù)鼐用駥﹄娏Φ男枨蠹ぴ觯M(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)不堪重負(fù)：2/3的印度家庭停電，巴基斯坦的停電時間長達(dá)12小時。沒了電，許多家庭也就斷了水。炎熱天氣還提高了灰塵和臭氧水平，導(dǎo)致該地區(qū)主要城市的空氣污染激增。此外，山地冰川因熱浪影響而更快融化，引發(fā)了巴基斯坦的山洪暴發(fā)。

什么是熱浪熱浪怎么來

熱浪其實是一個因地制宜的相對概念。

通常來說，如果某地持續(xù)了3天及以上的高溫日，我們就可以判定該地經(jīng)歷了熱浪，再根據(jù)持續(xù)時間長短來劃定熱浪強(qiáng)度。那么這個高溫日是怎么定義的呢？

中國氣象局將日最高氣溫≥35 ℃作為判定高溫日的閾值，同時規(guī)定各省區(qū)市可以根據(jù)本地天氣氣候特征自定閾值。

IPCC（聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會）的標(biāo)準(zhǔn)則基于過往數(shù)十年的歷史氣溫數(shù)據(jù)，以第90百分位數(shù)作為高溫日閾值——如果某地某日最高氣溫超過該地同期歷史記錄的第90百分位數(shù)，也就是比90%的歷史數(shù)據(jù)都高，該日即為高溫日。

一般來說，3～5個連續(xù)高溫日為弱高溫?zé)崂耍?～7天屬于中強(qiáng)熱浪，7天以上就是強(qiáng)熱浪了。

熱浪的直接推手是反氣旋。

顧名思義，反氣旋就是逆向的氣旋/旋風(fēng)。氣旋英文叫cyclone，反氣旋則為anticyclone;前者的特點(diǎn)是氣壓中心低，四周高，近地面處氣流由四周向中心輻合，中心氣流向上升;后者則剛好相反，中心氣壓高，氣流從上方向地面沉降，近地面處氣流向四周輻散。因此反氣旋也被稱為高壓系統(tǒng)（high-pressure system）。

反氣旋分為暖性和冷性兩種，我們常在天氣預(yù)報里聽到的“副熱帶高壓”指的就是暖性反氣旋;而之所以叫副熱帶，是因為它們通?；钴S于南、北半球副熱帶地區(qū)（南北緯20°～35°）。

反氣旋的高壓中心就像一個熱穹頂，一個高壓鍋蓋，下沉的空氣不斷壓縮，捕獲原先已被環(huán)境吸收的潛熱，而且常常會變得很干燥。那些比較涼爽、快速移動的氣流被高壓中心向外推散，甚至連云層都被擠了出去——這就導(dǎo)致干旱少雨，同時陽光毫無阻擋地直射地面。

地面的土壤、沙礫、混凝土和瀝青等，接受陽光的高強(qiáng)度烘烤，在夏季的漫長白晝和短暫夜晚中迅速積熱升溫。

熱浪在干旱地區(qū)，以及易形成高壓系統(tǒng)的高海拔地區(qū)尤其常見。水分蒸發(fā)是冷卻環(huán)境的一個途徑，但干旱地區(qū)的地下、水道以及植被等含水量稀少，除了空氣，拿不出什么來吸收熱量。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的大氣科學(xué)教授喬納森·馬?。↗onathan Martin）表示：“這些熱浪會自我鞏固。環(huán)境干燥導(dǎo)致溫度更高，溫度更高導(dǎo)致反氣旋更強(qiáng)，反氣旋更強(qiáng)導(dǎo)致云層更少，降水更少，環(huán)境更干燥，入射陽光對地面的加熱效果更好?！?p>

濕球溫度和熱島效應(yīng)

熱浪能與干旱相互助攻，也會和潮濕協(xié)同發(fā)力。

根據(jù)氣候?qū)＜业恼f法，空氣每升溫1攝氏度，就可多吸收7%的水分，而增加的水蒸氣又可間接加劇溫室效應(yīng)，帶來更大升溫。

在環(huán)境潮濕的低緯度地區(qū)，例如波斯灣和南亞各國，高溫往往會增加空氣濕度，讓當(dāng)?shù)鼐用瘾@得濕熱加倍的蒸籠體驗，以及更大的健康風(fēng)險。

如果空氣過于濕熱，汗水將更難以蒸發(fā)，人體更難冷卻，中暑風(fēng)險就更高了。

這里介紹一個關(guān)鍵的熱力學(xué)概念，濕球溫度（wet-bulb temperature）。

要測量濕球溫度，需將溫度計置于相對濕度達(dá)到100%的環(huán)境中（用濕布包裹溫度計），由于相對濕度百分百意味著水蒸氣無法再蒸發(fā)吸熱，因此這種環(huán)境里測出來的溫度代表了一個降溫極限——你想通過蒸發(fā)實現(xiàn)降溫，降到最低就是濕球溫度值，不能再低了。

人類所能承受的最高濕球溫度為35℃，若超過此閾值，人體將失去調(diào)節(jié)自身溫度的能力，僅能存活數(shù)小時。

熱浪通常持續(xù)約5天，但若被高壓系統(tǒng)被阻塞，則可能持續(xù)更長時間。高壓系統(tǒng)最終會減弱，讓較冷的空氣和降水進(jìn)入，從而結(jié)束熱浪。然而，隨著溫暖季節(jié)繼續(xù)，將有更多高壓系統(tǒng)開啟熱浪。

此外，城市地區(qū)因道路、停車場和建筑物等覆蓋了自然景觀，相比周圍環(huán)境能吸收更多熱量，溫度更高，產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)，加劇熱浪對城市居民的壓迫。

氣候變化如何加劇熱浪

近年來，科學(xué)家們一直嘗試通過模型和實驗揭示溫室氣體—?dú)夂蜃兣獦O端天氣之間的關(guān)聯(lián)。這方面的努力屬于氣候?qū)W的一個分支——?dú)夂驓w因科學(xué)。

過往一系列研究似乎都告訴我們，氣候變暖正加快極端高溫的腳步：

通常來說，如果某地持續(xù)了3 天及以上的高溫日，我們就可以判定該地經(jīng)歷了熱浪。

2019年的一項研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖使歐洲發(fā)生特大熱浪的可能性增至不變暖情況下的5倍。

2020年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)海洋中出現(xiàn)熱浪的可能性相較工業(yè)化前時期增加了20倍以上，西伯利亞地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)高溫的可能性增加了至少600倍。

近期，世界天氣歸因組織得出結(jié)論——?dú)夂蜃兓褂《群桶突固褂?—5月發(fā)生致命熱浪的可能性增加了30倍……

根據(jù)氣候?qū)W家的說法，大量化石燃料燃燒產(chǎn)生大量溫室氣體，溫室效應(yīng)將全球平均氣溫推高，極端高溫也跟著上去了，熱浪變得更長、更強(qiáng)烈、更頻繁。

此外，變暖影響因緯度而異。較寒冷地區(qū)比接近赤道地區(qū)升溫更快，極地地區(qū)的變暖速度達(dá)到了全球均速的3倍，因此北極的熱浪強(qiáng)度更大。

人類與極端高溫的34年

一項針對全球13115個城市的研究發(fā)現(xiàn)，自20世紀(jì)80年代以來，這些城市的居民們面對極端濕熱環(huán)境的頻率增加了2倍。

作者團(tuán)隊結(jié)合紅外衛(wèi)星圖像以及數(shù)千個地面儀器的讀數(shù)，確定了1983年至2016年間，這1.3萬多個城市的每日最高溫度和最大濕度，并將其換算為每日濕球溫度。

他們對極端高溫的定義是濕球溫度達(dá)到30℃——效果相當(dāng)于干球溫度41℃——在此溫度下，即便最健康的人士也會對戶外活動力不從心，不健康者可能重病甚至喪生。

分析結(jié)果顯示，城市居民的極端高溫暴露頻率從1983年的每年400億次（1次=1人×1天），增長至2016年的每年1190億次;有17億人曾連續(xù)多日遭遇極端高溫。

從全球平均水平看，這一增長有2/3要?dú)w因于城市人口增加，剩下的1/3由氣候變暖負(fù)責(zé)，但不同地區(qū)和城市之間的差異很大。

增長最多的城市集中于低緯度，尤其是南亞地區(qū)，其中印度占據(jù)了總增長的半壁江山，孟加拉國緊隨其后;孟加拉國首都達(dá)卡、印度的德里和加爾各答是增量最大的3座城市。

達(dá)卡在這34年間增加了5.75億次的極端高溫暴露，其中80%來自人口增長。這座“清真寺之城”發(fā)展迅猛，如今已是南亞主要城市之一，其人口也從1983年的400萬膨脹至現(xiàn)在的2200萬。

與達(dá)卡類似的人口主導(dǎo)增長的城市，還包括泰國曼谷、緬甸仰光、阿聯(lián)酋迪拜、中國的上海和廣州等。當(dāng)然，人口主導(dǎo)并不意味著這些地區(qū)沒有發(fā)生顯著氣候變暖。

相比之下，歐洲城市人口穩(wěn)定，故其高溫暴露的增長幾乎完全由氣候變暖推動。

此項研究并非學(xué)術(shù)界對全球城市過熱危險的首次實錄。在2020年，就有科學(xué)團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，超出戶外人類生存極限的熱—濕環(huán)境，即濕球溫度超過35℃，實際上已經(jīng)在世界各地短暫出現(xiàn)。

◎來源| 公眾號 世界科學(xué)