大氣所關于熱穹頂環流的研究獲進展

　　極端天氣氣候事件如熱浪、強降水、干旱等對社會、經濟和人民生命財產安全造成威脅。2021年6月底至7月初，一場強勁的熱浪席卷北美西海岸，造成部分地區溫度相比于常年同期高出16-20℃。“熱穹頂”是此次高溫中的關鍵大氣環流。熱穹頂是指高層大氣熱高壓在一定時間內停滯不動，高壓像罩子一樣把熱空氣蓋在熱浪發生區域，令熱穹頂里面的溫度升高，最終引發熱浪。熱穹型環流對區域熱浪的貢獻及其未來影響是備受關注的熱點。

　　3月27日，中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室研究員周天軍課題組在《自然-通訊》（Nature Communications）上，發表了題為《全球變暖背景下熱穹頂型環流對北美熱浪的影響增強》的研究論文。該研究提出熱穹頂環流在2021年北美極端高溫中的貢獻超過50%；同時在全球變暖和土壤濕度-大氣反饋的共同作用下，熱穹頂環流控制下的極端高溫強度會繼續增加。

　　“環流相似法”常用于定量估算環流對極端高溫的貢獻，即在歷史年份中尋找與某一極端事件相似的環流，將相似環流下的溫度作合成，從而定量估算該環流異常對極端事件的貢獻。該研究將此方法應用到北美地區，發現“熱穹頂”環流可以解釋2021年極端高溫事件強度的54.6%

　　盡管北美地區熱浪事件與“熱穹頂”環流密切相關，但兩者的長期變化并不完全一致。觀測和模擬分析均表明，1950年代以來“熱穹頂”環流的強度無顯著趨勢，而其對應的熱浪強度自1990年代以來快速增強。

　　為什么在相似的“熱穹頂”環流影響下，熱浪強度快速增加？一方面，這與全球增暖這一背景態增溫有關；另一方面，土壤濕度-溫度正反饋過程對此也有貢獻。歷史記錄表明，伴隨熱穹頂型環流的出現，同期土壤濕度顯著偏低，說明該地區土壤濕度和環流之間存在強烈的相互作用。定量分析表明，土壤濕度異常對此次高溫的貢獻可達50.6%。比較1959-1990年、1991-2020年前后兩個時間段，后期土壤濕度-溫度反饋更強，這種更強的反饋過程使得熱浪的增強快于全球平均增溫。

　　研究預估，在RCP8.5情景下，2041-2060年類似極端高溫事件發生的概率約為33%，但到21世紀末，類似極端高溫事件將會變成常態。相比之下，類似“熱穹頂”型環流異常的發生概率僅為歷史時期的1-3倍，不如極端高溫的變化強烈。

　　《巴黎協定》確定了將全球平均氣溫較工業化前時期上升幅度控制在2℃以內，并努力將溫升幅度限制在1.5℃以內的目標。進一步，該工作研究了不同溫升閾值下的未來變化發現，當增暖1.5℃時，類似極端高溫的頻率將會翻倍，而增暖2℃和3℃時，極端高溫的頻率分別會增加3倍和10倍。因此，如果將溫度控制在1.5℃而不是2℃（3℃），將能避免約65%（92%）的類似極端高溫頻率的增加，同時避免更多的人口暴露在類似2021年這樣的高溫熱浪中。

　　研究工作得到國家自然科學基金基礎科學中心項目“青藏高原地球系統”的支持。

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