極端天氣氣候事件如熱浪、強(qiáng)降水、干旱等對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。2021年6月底至7月初，一場(chǎng)強(qiáng)勁的熱浪席卷北美西海岸，造成部分地區(qū)溫度相比于常年同期高出16-20 ?！盁狁讽敗笔谴舜胃邷刂械年P(guān)鍵大氣環(huán)流。熱穹頂是指高層大氣熱高壓在一定時(shí)間內(nèi)停滯不動(dòng)，高壓像罩子一樣把熱空氣蓋在熱浪發(fā)生區(qū)域，令熱穹頂里面的溫度升高，最終引發(fā)熱浪。熱穹型環(huán)流對(duì)區(qū)域熱浪的貢獻(xiàn)及其未來(lái)影響是備受關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　3月27日，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員周天軍課題組在《自然-通訊》（Nature Communications）上，發(fā)表了題為《全球變暖背景下熱穹頂型環(huán)流對(duì)北美熱浪的影響增強(qiáng)》的研究論文。該研究提出熱穹頂環(huán)流在2021年北美極端高溫中的貢獻(xiàn)超過(guò)50%；同時(shí)在全球變暖和土壤濕度-大氣反饋的共同作用下，熱穹頂環(huán)流控制下的極端高溫強(qiáng)度會(huì)繼續(xù)增加。

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

　　盡管北美地區(qū)熱浪事件與“熱穹頂”環(huán)流密切相關(guān)，但兩者的長(zhǎng)期變化并不完全一致。觀測(cè)和模擬分析均表明，1950年代以來(lái)“熱穹頂”環(huán)流的強(qiáng)度無(wú)顯著趨勢(shì)，而其對(duì)應(yīng)的熱浪強(qiáng)度自1990年代以來(lái)快速增強(qiáng)。

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

　　研究預(yù)估，在RCP8.5情景下，2041-2060年類似極端高溫事件發(fā)生的概率約為33%，但到21世紀(jì)末，類似極端高溫事件將會(huì)變成常態(tài)。相比之下，類似“熱穹頂”型環(huán)流異常的發(fā)生概率僅為歷史時(shí)期的1-3倍，不如極端高溫的變化強(qiáng)烈。

　　《巴黎協(xié)定》確定了將全球平均氣溫較工業(yè)化前時(shí)期上升幅度控制在2 以內(nèi)，并努力將溫升幅度限制在1.5 以內(nèi)的目標(biāo)。進(jìn)一步，該工作研究了不同溫升閾值下的未來(lái)變化發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增暖1.5 時(shí)，類似極端高溫的頻率將會(huì)翻倍，而增暖2 和3 時(shí)，極端高溫的頻率分別會(huì)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(shí)避免更多的人口暴露在類似2021年這樣的高溫?zé)崂酥小?/p>

　　研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目“青藏高原地球系統(tǒng)”的支持。

　　論文鏈接 

　　圖1.500hPa上空的“熱穹頂”環(huán)流

　　圖2.類似“熱穹頂”環(huán)流（Analogs）和隨機(jī)選取的環(huán)流（Control）影響下的溫度異常分布，數(shù)字代表環(huán)流的貢獻(xiàn)，紅線代表2021年北美的高溫