大氣環(huán)流型和全球變暖協(xié)同導(dǎo)致超級(jí)熱浪事件

2022年北半球入夏以來，包括美國(guó)、歐洲乃至我國(guó)境內(nèi)，接連出現(xiàn)了罕見熱浪。持續(xù)高溫讓很多中國(guó)老百姓第一次聽說了“熱射病”這種嚴(yán)重中暑可致死的疾病。習(xí)慣了涼爽夏季的英國(guó)民眾面對(duì)超過40度的破紀(jì)錄高溫措手不及，倫敦多處爆發(fā)野火，消防和醫(yī)療體系告急。

近百年特別是近半個(gè)世紀(jì)以來，全球地表溫度表現(xiàn)出前所未有的強(qiáng)烈增暖。政府間氣候變化專門委員會(huì)最新發(fā)布的第六次氣候變化評(píng)估報(bào)告（IPCC AR6）指出，相對(duì)于1850—1900年，2001—2020年平均全球地表溫度升高了0.99（0.84-1.10）℃。與此同時(shí)，區(qū)域氣候也發(fā)生了一定程度的改變，特別是極端天氣發(fā)生頻率顯著增加，強(qiáng)度也不斷提高，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、人類生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)都產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。

這不禁讓人回想起去年北半球“發(fā)燒”的新聞：2021年6月底至7月初，北美西部發(fā)生了一次前所未有的超級(jí)熱浪事件，氣溫打破了多地有觀測(cè)以來的歷史紀(jì)錄，加拿大的英屬哥倫比亞省利頓鎮(zhèn)甚至出現(xiàn)了49.5℃的歷史最高氣溫。此次超級(jí)熱浪事件導(dǎo)致了數(shù)百人死亡，造成了沿海生物的大量死亡，引發(fā)了可怕的森林野火。

中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所王春在研究員團(tuán)隊(duì)7月22日發(fā)表在大氣所主辦的英文期刊Advances in Atmospheric Sciences上的研究，利用逐日的大氣再分析資料，定義了與此次北美超級(jí)熱浪事件發(fā)生發(fā)展相關(guān)的大氣環(huán)流異常模態(tài)，重建了本次超級(jí)熱浪事件發(fā)生演變過程，確定了大氣環(huán)流異常信號(hào)的來源；并通過第六次國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃（CMIP6）中的檢測(cè)歸因模式比較計(jì)劃（DAMIP），估算了中等排放情景（SSP245）下，2021—2100年北美西部發(fā)生類似本次熱浪事件的概率。這項(xiàng)研究對(duì)于熱浪事件的形成與發(fā)展，以及了解未來情景下熱浪事件的變化都具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。

他們研究發(fā)現(xiàn)，從物理機(jī)制角度來說，局地“熱穹頂”形成是本次超級(jí)熱浪事件發(fā)生的最關(guān)鍵原因，而引發(fā)“熱穹頂”的異常大氣環(huán)流信號(hào)則主要來自于北太平洋和北極，并與北極極渦的異?；顒?dòng)有關(guān)。實(shí)際的氣候變化可以由自然內(nèi)部變率、自然外強(qiáng)迫（例如太陽、火山）和人為外強(qiáng)迫三部分引起。除了異常大氣環(huán)流這一自然內(nèi)部變率以外，研究發(fā)現(xiàn)人為外強(qiáng)迫對(duì)這次北美熱浪事件也具有重要影響。那從長(zhǎng)期來看，自然外強(qiáng)迫和人為外強(qiáng)迫對(duì)類似本次熱浪事件的發(fā)生分別有多少貢獻(xiàn)？在未來，類似的極端事件發(fā)生概率是否又會(huì)不斷增加？

為了回答這些問題，研究者利用第六次國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃（CMIP6）中的檢測(cè)歸因模式比較計(jì)劃（DAMIP），通過極端事件的檢測(cè)與歸因方法，探究自然外強(qiáng)迫和人為外強(qiáng)迫對(duì)本次極端事件的影響。論文第一和通訊作者王春在研究員指出，從長(zhǎng)期來看，溫室氣體排放為主的人類活動(dòng)不僅是逐日氣溫增加的主要原因，也會(huì)大幅度增加類似熱浪事件發(fā)生的概率。根據(jù)CMIP6模式數(shù)據(jù)估算，在中等排放情景（SSP245）下，2021—2100年北美西部地表大氣溫度的概率密度曲線將整體向更高的溫度移動(dòng)，這也將導(dǎo)致北美西部發(fā)生類似本次熱浪事件的概率從1.2%提高到32.18%。這也進(jìn)一步說明，如果不采取適當(dāng)?shù)臏p排措施，以往百年一遇的超級(jí)熱浪事件在未來將會(huì)變成常態(tài)，并將嚴(yán)重威脅人類健康與生態(tài)平衡。

什么是熱穹頂？

熱穹頂

熱穹頂是指高層大氣熱高壓在一段時(shí)間內(nèi)停滯不動(dòng)，高壓與附近低壓之間的大氣環(huán)流形成了穩(wěn)定的“Ω”型，高壓像個(gè)罩子一樣把熱空氣蓋在熱浪發(fā)生區(qū)域，同時(shí)阻止了冷空氣進(jìn)入，使熱穹頂里的溫度越來越高，從而引發(fā)熱浪或超級(jí)熱浪事件。進(jìn)一步，為什么高層大氣熱高壓會(huì)使地表大氣溫度升高？這就不得不提大氣中的下沉絕熱增溫現(xiàn)象：當(dāng)氣團(tuán)下沉運(yùn)動(dòng)時(shí)，若與外界沒有熱量交換的情況下，由于外界氣壓比起團(tuán)內(nèi)部氣壓高，會(huì)壓縮氣塊使氣團(tuán)體積縮小，同時(shí)氣團(tuán)內(nèi)氣體被壓縮做功，內(nèi)能增加，溫度上升，這種現(xiàn)象稱為下沉絕熱增溫。具體來看，靠近地面的低層空氣被地面加熱后，在熱穹頂里上升，但是由于上層是高氣壓，又被上層的高氣壓壓回地面，如此這樣的下沉絕熱增溫循環(huán)導(dǎo)致熱穹頂里的溫度越來越高。同時(shí)，穩(wěn)定的“Ω”型大氣環(huán)流，使得冷空氣無法進(jìn)入熱穹頂，熱穹頂內(nèi)部的氣溫?zé)o法降低，從而在熱穹頂下方引發(fā)了持續(xù)性的超級(jí)熱浪事件。