专栏名称: 生态遥感前沿
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北师大周沙研究员团队Earth's Future最新研究!

生态遥感前沿  · 公众号  ·  · 2025-01-17 00:00

正文


摘要

夏季极端高温事件在全球范围内日益并发,对社会和环境造成了灾难性影响。然而,并发性极端高温事件的空间分布模式及其潜在机制仍不明确。我们采用统计框架估算了北半球极端高温事件的空间并发强度,并分析了其与全球变暖、大气环流及陆-气反馈之间的关系。研究表明,1950-2023年间,北半球不同区域的并发性极端高温事件显著增加。此外,极端高温事件表现出较强的空间并发强度,其驱动因素在地理上存在显著差异。全球变暖是并发性极端高温事件频率和强度长期增长的主要原因,且其在热带地区的影响最为显著。在没有变暖趋势的情况下,并发性极端高温事件的时间和空间变化主要由大尺度环流同时控制的高气压所引起,尤其在中纬度地区表现突出。尽管低土壤湿度可以通过陆-气反馈作用增强了局地极端高温事件,但其单独对并发性极端高温事件的驱动作用较小,但与高气压异常结合可产生加剧作用。鉴于极端高温事件风险的不断上升,我们的研究强调了识别空间并发性极端高温事件机制的重要性,以改进对大范围热浪及其对社会经济可持续性和人类福祉的负面影响的预测和缓解。


关键点

北半球并发性极端高温事件自1950年以来大幅增加

全球变暖是并发性极端高温事件频率和强度长期增加的主要驱动因素,特别是在热带地区表现尤为显著

并发高气压主要影响中纬度地区并发性极端高温事件的时间和空间变化

主要图表

1 北半球并发性极端高温事件的增加。(a) 19502023年北半球暖季(5月至9月,五日尺度)经历极端高温事件的陆地网格点比例。红色和蓝色实线分别表示包含和去除长期趋势的温度数据所识别的比例。灰色实线表示整个研究期间的平均比例(%),灰色虚线表示21世纪初的比例。(b) (a),但为每年经历极端高温事件的陆地网格点的平均比例。阴影的上下界分别表示每年五日尺度上最大和最小的比例。(c) 21世纪(20002023年)极端高温事件比例相较于预期比例32%(即21世纪的24/总计74年)的偏差,基于IPCC AR6气候参考陆地区域的分析。蓝色和红色分别表示低于和高于预期比例32%的区域。


基于ERA5再分析的暖季全球并发性极端高温事件的空间格局。(a) 北半球IPCC AR6陆地区域之间并发性极端高温事件的平均概率因子(PMF),PMF是用来量化同时发生的概率乘积的因子。点状区域表示每对AR6区域之间网格点对中显著并发性极端高温事件的比例。(b) (a)相同,但使用去除长期趋势的近地表气温(TAS)数据。(c) 温度趋势对并发性极端高温事件的影响,评估为(a)(b)之间的差值。(d) (a)中区域PMF随区域对中心距离的变化。(e, f) (a)(包含TAS趋势,红色)与(b)(去除TAS趋势,蓝色)中每对AR6区域的平均PMF和干旱网格点比例的配对箱线图。(g, h) 2°为增量的10°移动带内每个纬度带中并发性极端高温事件的平均PMF和网格点比例的纬度分布。


3 极端高温事件与极端高气压和低土壤湿度的关系。(ac) 每个网格点中,与极端高位势高度(GPH, a)、极端低土壤湿度(SM, b)或极端高GPH与低SM(缩写为GS, c,见公式6)同时发生的高温事件的比例。(d, e) 北半球所有网格点中,近地表气温(TAS)与GPH (d)SM (e) 各百分位分位点的平均概率。为了确定极端高温事件(即,去趋势TAS异常的95百分位以上,(d, e)的右列),已去除长期温度趋势。极端高GPH和极端低SM分别定义为GPH异常高于其90百分位的五日段((d)的顶部行)和SM异常低于其10百分位的五日段((e)的底部行)。(c) 中的黑点表示比例高于平均比例60%的网格点。红色边界线显示12个中纬度IPCCAR6区域,其中在超过一半陆地网格点中,比例超过60%


4 并发高气压和低土壤湿度对暖季并发极端高温事件的影响。(ac) 12个选定的AR6区域中(图3c中并发比例大于60%的网格点),与并发极端高气压(GPH, a)、并发极端低土壤湿度(SM, b)和并发极端高GPH与低SM(缩写为GSc,见公式7)同时发生的并发高温事件(去趋势的TAS)的比例。(df) 12AR6区域中,通过显著性检验(p<0.05)的网格点对中,并发极端高GPHd)、并发极端低SMe)和并发极端GSf)的平均概率。(g) 12AR6区域中并发极端高温事件(去除长期温度趋势)的平均概率乘数(PMF)。(h, i) :132个(12 × 11)区域对中,(g)中并发极端高温事件的PMF(d)中并发GPH极端事件概率(h)和(f)中并发GS极端事件概率(i)的关系。每个图中均显示了标准差(回归线)和Pearson相关系数。

引用方式

Nasong, D., Zhou, S., Kornhuber, K., & Yu, B. (2025). Concurrent heat extremes in relation to global warming, high atmospheric pressure and low soil moisture in the Northern Hemisphere. Earth's Future, 13(1), e2024EF005256. https://doi.org/10.1029/2024EF005256