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今年夏天为什么这么热?

Alexandra Witze/Nature Portfolio
2022-08-10 16:00
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破纪录的气温来得比研究人员预期的更快、更猛烈,令人不禁担心未来会怎样。

从伦敦到上海,史无前例的热浪在过去几周席卷着世界许多地区。6月,东京连续9天超过35ºC,是当地自1870年代有记录以来的最严重热浪。7月中旬,英国出现了自开始测温以来的首个40ºC以上高温。与此同时,热浪导致的野火在法国、西班牙、希腊、德国等地蔓延。中国的大范围热浪也此起彼伏,包括上上周袭击400多座城市的一次热浪。

7月17日,法国西南部的消防员正在消灭极端热浪点燃的大火。来源:Thibaud Moritz/AFP/Getty

气候科学家之前就发出了警告,随着全球变暖,热浪会出现得更加频繁,气温也将更高。但根据上个月发表的一项研究[1],这个未来比研究人员担心的更早来临了,尤其是在西欧这个热浪“高发区”。这些屡屡刷新纪录的热浪不仅一浪高过一浪,甚至完全超出了气候模型的预测。

研究人员正在马不停蹄地研究今年的热浪,以便更好地理解未来的极端高温会如何影响人类社会。

“科学界之前已经在思考这些事件发生的可能性了,”英国比利斯托大学研究英国热浪的气候科学家Eunice Lo说,但“看到这些事件真实上演还是令人难以置信。”

致命热浪

极端高温是全球变暖的一个致命后果。它会直接致人死亡,比如那些户外工作者。它还能让电网瘫痪,切断空调或风扇的救命电源。欧洲2003年遭遇的一次热浪据估计导致7万多人死亡。不仅如此,热浪还会加剧野火等灾害,并给人类造成重大心理创伤。

虽然高温热浪在过去几年里变本加厉,但在2021年6月袭击北美太平洋西北地区的一次热浪事件后,学界对最极端热浪的研究已经取得了巨大进展。

那次热浪至今仍处于破纪录的高位,本质上重塑了极端高温的研究领域,布里斯托大学的气候科学家Vikki Thompson说。她和同事在5月发表的一项研究中指出[2],如果从与前10年气候的偏差来看,1960年以来,全球只有5次热浪比那次更严重。她说,只要看看整个太平洋西北地区在那次热浪前几年的气温数据就可知,这次空前热浪的发生几乎“完全没道理的”。但它确实发生了,主要成因是一个高压大气系统持续输入热空气,再加上该地大部分地区的土壤温度比往常更热。

超出预期

虽然英国7月的这次热浪并没有这般严重,但依然会载入史册,因为它让整个国家认识到极端高温的危险性。7月18日和19日,英国多地打破了高温纪录,比之前的历史极值高了整整3到4ºC(见“更极端的高温”)。46个气象站刷新了3年前刚刚创下的38.7ºC的高温纪录。据估计,可能有数百人因此死亡。

来源:Met Office

科学家早在某种程度上预见了这一切。两年前发表的一项气候建模研究曾指出,英国在之后几十年可能会出现40ºC以上的高温,但可能性不大[3]。然而,这种可能性在今年就发生了,英国的高温纪录现在是40.3ºC。

气温之所以比预期更快地超过阈值,可能是因为气候模型无法捕捉会影响热浪的所有因素,因此难以准确预测未来的极端高温[4]。土地利用和灌溉等因素的变化都会以模型无法完全捕捉的方式影响热浪,意味着模型有时会错判气候变化的真正冲击。

世界气候归因组织(World Weather Attribution)的国际科研团队在7月28日发表的一项分析发现,人为导致的气候变化使今年英国热浪的发生率提高了至少10倍[5]。研究还发现,如果没有气候变化,热浪的温度应该会低2–4ºC。

“更多的证据显示,我们的模型可能漏掉了一些东西,”2020年英国研究[3]的共同作者、英国气象局(Met Office)的气候科学家Peter Stott说,“这是一个值得研究的问题。”

苏黎世联邦理工学院的气候科学家Erich Fischer说,和2021年影响太平洋西北地区的热浪一样,2022年的这次英国热浪可能也会让研究人员更快地找出原因——到底是什么导致热浪比我们预期的更加极端。在去年发表的一项建模研究[6]中,Fischer和同事预计,接下来几十年里的极端气候将大幅刷新纪录。他说:“这正是我们现在看到的情况。”

Fischer表示,研究极端气候打破纪录的幅度,而不单单研究纪录是否被打破,可以帮助当地政府应对不久的将来可能遇到的极端事件。

动态变化

除了英国,欧洲大部分地区今年已经出现过好几轮热浪了。实际上,欧洲在过去五年里不止一次冲破高温纪录,纽约哥伦比亚大学的气候科学家Kai Kornhuber说道。他所在的团队发现西欧非常容易出现热浪[1]。在过去40年里,西欧出现极端高温的频率是北半球其他中纬度地区的3到4倍。

这或许是因为北大西洋向东移动的大气急流经常会在靠近欧洲时分成两支。这种情况下,两支气流会使暴风远离欧洲,让热浪得以形成并持续。虽然目前还不清楚气候变化是否会导致更多这种“双急流”,但这类气候模式导致了西欧今年7月的热浪,也是当地近期许多高温事件的原因。

Kornhuber说,我们可能会发现,类似的大气动力学模式对于揭示哪些因素让高温事件比预期的更极端具有重要意义。

热浪并发

过去几个月的另一个鲜明特征是,极端高温几乎在全球多地同时上演(见“红色海洋”)。7月末,中国和北美西部几乎和欧洲在同一时间开启热于往常的高温模式。2月发表的一项研究发现,1979年至2019年,这类热浪并发事件的出现频率提高了5倍。

来源:NASA Earth Observatory.

一个原因可能是名为Rossby波的大气模式,Rossby波呈弯曲状环绕地球,会让特定地区的天气模式陷入停滞,导致这些地区很容易出现极端高温[8]。气候变化是否会让这些现象变得更常见的问题尚不好说。不过,与大气模式无关的热浪并发事件确实会随着气候变暖而频发,华盛顿州立大学温哥华校区的气候科学家Deepti Singh说,“整个世界都在暖化,出现极端高温地区的可能性也在增加。”

今年,热浪还在某些地区提前抵达,比如印度和巴基斯坦,这些地区从今年3月到5月一直高温难耐。印度部分地区在3月底超过了44ºC,比往年最热的时期提早了很多。至少有90人因此死亡。世界气候归因组织发现,气候变化让这次热浪的发生概率增加了30倍[9]。

随着全球气温持续上升,气候科学家一直在强调削减碳排放和加快人类适应极端气温的重要性。Stott说,英国这次热浪惊醒了很多人,他们看到了该国在极端高温前多么脆弱。Stott从事了几十年的气候预测工作,最让他吃惊的是看到极端高温在伦敦市区点燃了野火。“那一幕真的让人触目惊心。”

参考文献:

1. Rousi, E., Kornhuber, K., Beobide-Arsuaga, G., Luo, F. & Coumou, D. Nature Commun. 13, 3851 (2022).

2. Thompson, V. et al. Sci. Adv. 8, eabm6860 (2022).

3. Christidis, N., McCarthy, M. & Stott, P. A. Nature Commun. 11, 3093 (2020).

4. Van Oldenborgh, G. J. et al. Earth’s Future 10, e2021EF002271 (2022).

5. Zachariah, M. et al. Without human-caused climate change temperatures of 40 °C in the UK would have been extremely unlikely. (World Weather Attribution, 2022).

6. Fischer, E. M., Sippel, S. & Knutti, R. Nature Clim. Change 11, 689–695 (2021).

7. Rogers, C. D. W., Kornhuber, K., Perkins-Kirkpatrick, S. E., Loikith, P. C. & Singh, D. J. Clim. 35, 1063–1078 (2022).

8. Kornhuber, K. et al. Nature Clim. Change 10, 48–53 (2020).

9. Zachariah, M. et al. Climate Change made devastating early heat in India and Pakistan 30 times more likely. (World Weather Attribution, 2022).

原文以Extreme heatwaves: surprising lessons from the record warmth为标题发表在2022年8月4日《自然》的新闻特写版块上。doi: 10.1038/d41586-022-02114-y

(原标题《今年夏天为什么这么热?|《自然》长文》;澎湃新闻经授权转载)

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