气候变化背景下，极端高温事件由白天型向“白天+夜间”复合型转变。与单一的白天或夜间极端高温事件不同，昼夜复合极端高温事件给人类造成的危害更加严重。近日，水文院袁星教授团队马凤副教授及合作者针对昼夜复合高温事件的成因及未来预估开展了系列研究。研究指出，复合型极端高温事件在相对湿润的天气条件下更容易发生，且干、湿复合高温事件的形成机制存在差异；未来全球大部分范围内复合高温事件将持续增加，21世纪50-60年代后历史罕见的复合高温事件将成为常态。相关成果先后发表在《Global and Planetary Change》、《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》和《Geophysical Research Letters》。
1）高温往往伴随干燥天气，而湿润天气也有利于高温维持，昼夜复合高温事件伴随的大气湿度条件及形成机制有何区别尚不清楚。通过分析我国中东部地区不同湿度状态下复合高温事件的特征和环流过程，发现相对湿润的天气更容易引发昼夜复合高温事件，其持续时间更长，覆盖范围更广。干湿两类复合高温事件都与西太副高增强和西伸导致的反气旋异常有关。湿润型复合高温事件主要受对流层高层环流异常影响，而干燥型复合高温事件则主要与对流层中低层环流异常有关。
图1. 我国中东部地区湿、干复合型高温事件合成的对流层不同高度(a)位势高度场、(b)垂直速度、(c)比湿、(d)温度异常。
图2. 我国中东部地区湿、干复合型高温事件环流机制示意图
2）只有变化信号超出内部变率，该变化信号才会被检测到（可靠），并产生破坏性甚至不可逆的影响。借助信号萌现时间（ToE）方法，量化了昼夜复合高温事件增加显著超出内部变率的初现时间。结果发现，高排放情景（SSP585）下，全球复合极端高温事件显著增加的平均初现时间为2062年（不确定性区间：2048-2072），其中低纬度地区初现时间较早而中高纬度地区初现时间较晚。到21世纪末，全球75.2%的人口将暴露在复合极端高温事件增加信号显著的地区。中等排放情景（SSP245）将有效缓解复合极端高温事件及其暴露风险的增长率，使全球平均初现时间延迟了14年，人口暴露风险比例降低了39.7%。
图3. (a)高排放(SSP585)和(b)中等排放（SSP245）情景下复合高温事件增加趋势显著超出内部变率的初现时间（ToE）以及(c-d)两种情景之间的差异
图4. 暴露在复合极端高温事件增加显著地区的(a)陆地面积和(b)人口比例
3）2022年夏季，长江地区遭遇有记载以来最严重的高温热浪袭击。气候持续变暖背景下，未来此类极端事件是否常见尚不清楚。基于CMIP6气候模式数据，预估了未来不同排放背景下此类破纪录高温事件的变化。结果表明，此次事件在历史时期为64年一遇的复合极端高温事件，未来高排放（SSP585）情景下，此类破纪录高温事件将在21世纪50年代后成为常态；而气候缓解措施可使其推迟约28年。全球平均气温升温达到3℃之前，此类高温事件将影响长江地区70%的区域和人口。而若将升温控制在2℃以内，影响面积将减小60%；升温达到1.5℃阈值之前，此类事件较难成为常态。
图5. 未来不同排放情景下2022年破纪录复合极端高温事件成为常态的时间
图6. 未来不同排放情景下2022年破纪录复合极端高温事件的(a)暴露面积和(b)人口暴露度。(c-d) 未来不同排放情景下2022年破纪录复合极端高温事件成为常态的时间早于升温阈值时间的陆地和人口比例。
文章列表：
[1] Ma, F., Yuan, X.*, Li, H. (2022). Characteristics and circulation patterns for wet and dry compound day-night heat waves in mid-eastern China. Global and Planetary Change, 213, 103839. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2022.103839.
[2] Ma, F., Yuan X.*, Wu, P., Zeng, Z. (2022). A Moderate Mitigation Can Significantly Delay the Emergence of Compound Hot Extremes. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2021JD035427. https://doi.org/10.1029/2021JD035427.
[3] Ma, F., Yuan, X.* (2023). When will the unprecedented 2022 summer heat waves in Yangtze River basin become normal in a warming climate? Geophysical Research Letters, 50, e2022GL101946. https://doi.org/10.1029/2022GL101946.
第一作者简介：马凤，女，博士，副教授，硕士生导师，智慧水利系副系主任，江苏省高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师。主要从事气候变化和水文气象预测方面的研究，包括复合极端高温事件、干旱形成和演变机理及预测、水文气象集合预报等。主持国家自然科学基金青年项目、江苏省自然科学青年基金项目、江苏省高校自然科学面上研究项目、以及企事业单位委托等多个科研项目。共发表中英文论文20余篇，以第一作者在 Hydrology and Earth System Sciences、Geophysical Research Letters、Journal of Geophysical Research: Atmospheres等期刊发表SCI检索论文14篇。参与编写英文论著1部。担任 Hydrology and Earth System Sciences、Environmental Research Letters、International Journal of Climatology等SCI期刊的审稿人。指导学生获江苏省水利创意设计大赛二等奖。
