大氣環流型和全球變暖協同導致超級熱浪事件

2022年北半球入夏以來，包括美國、歐洲乃至我國境內，接連出現了罕見熱浪。持續高溫讓很多中國老百姓第一次聽說了“熱射病”這種嚴重中暑可致死的疾病。習慣了涼爽夏季的英國民眾面對超過40度的破紀錄高溫措手不及，倫敦多處爆發野火，消防和醫療體系告急。

近百年特別是近半個世紀以來，全球地表溫度表現出前所未有的強烈增暖。政府間氣候變化專門委員會最新發布的第六次氣候變化評估報告（IPCC AR6）指出，相對于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，區域氣候也發生了一定程度的改變，特別是極端天氣發生頻率顯著增加，強度也不斷提高，對生態系統、人類生活和社會經濟都產生了嚴重影響。

這不禁讓人回想起去年北半球“發燒”的新聞：2021年6月底至7月初，北美西部發生了一次前所未有的超級熱浪事件，氣溫打破了多地有觀測以來的歷史紀錄，加拿大的英屬哥倫比亞省利頓鎮甚至出現了49.5℃的歷史最高氣溫。此次超級熱浪事件導致了數百人死亡，造成了沿海生物的大量死亡，引發了可怕的森林野火。

中國科學院南海海洋研究所王春在研究員團隊7月22日發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熱浪事件發生發展相關的大氣環流異常模態，重建了本次超級熱浪事件發生演變過程，確定了大氣環流異常信號的來源；并通過第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6）中的檢測歸因模式比較計劃（DAMIP），估算了中等排放情景（SSP245）下，2021—2100年北美西部發生類似本次熱浪事件的概率。這項研究對于熱浪事件的形成與發展，以及了解未來情景下熱浪事件的變化都具有重要的學術價值。

他們研究發現，從物理機制角度來說，局地“熱穹頂”形成是本次超級熱浪事件發生的最關鍵原因，而引發“熱穹頂”的異常大氣環流信號則主要來自于北太平洋和北極，并與北極極渦的異常活動有關。實際的氣候變化可以由自然內部變率、自然外強迫（例如太陽、火山）和人為外強迫三部分引起。除了異常大氣環流這一自然內部變率以外，研究發現人為外強迫對這次北美熱浪事件也具有重要影響。那從長期來看，自然外強迫和人為外強迫對類似本次熱浪事件的發生分別有多少貢獻？在未來，類似的極端事件發生概率是否又會不斷增加？

為了回答這些問題，研究者利用第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6）中的檢測歸因模式比較計劃（DAMIP），通過極端事件的檢測與歸因方法，探究自然外強迫和人為外強迫對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，從長期來看，溫室氣體排放為主的人類活動不僅是逐日氣溫增加的主要原因，也會大幅度增加類似熱浪事件發生的概率。根據CMIP6模式數據估算，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，這也將導致北美西部發生類似本次熱浪事件的概率從1.2%提高到32.18%。這也進一步說明，如果不采取適當的減排措施，以往百年一遇的超級熱浪事件在未來將會變成常態，并將嚴重威脅人類健康與生態平衡。

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間內停滯不動，高壓與附近低壓之間的大氣環流形成了穩定的“Ω”型，高壓像個罩子一樣把熱空氣蓋在熱浪發生區域，同時阻止了冷空氣進入，使熱穹頂里的溫度越來越高，從而引發熱浪或超級熱浪事件。進一步，為什么高層大氣熱高壓會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象：當氣團下沉運動時，若與外界沒有熱量交換的情況下，由于外界氣壓比起團內部氣壓高，會壓縮氣塊使氣團體積縮小，同時氣團內氣體被壓縮做功，內能增加，溫度上升，這種現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導致熱穹頂里的溫度越來越高。同時，穩定的“Ω”型大氣環流，使得冷空氣無法進入熱穹頂，熱穹頂內部的氣溫無法降低，從而在熱穹頂下方引發了持續性的超級熱浪事件。