量化热浪背后复杂的相互作用

3月底印度和巴基斯坦天气异常炎热;欧洲中部的夏季漫长且高于平均水平;阿根廷北部、乌拉圭和巴拉圭12月的极端气温：2022年绝对是热浪的一年。目前，气候研究人员普遍认为，此类极端事件在未来发生的频率将比现在高得多。

基本上有三种机制导致温度计攀升到异常高的值：来自较温暖地区的空气到达较冷的地区，例如从撒哈拉沙漠到中欧;高压区的空气下沉，在这个过程中由于压缩而升温;或者太阳以不寻常的强度加热地面，因此地面上方的空气比正常情况下更热。

哪个进程占主导地位?

“这三个过程很容易理解，可以用物理公式很好地描述，”苏黎世联邦理工学院大气动力学小组的科学家MatthiasRöthlisberger解释道。所以他觉得更值得注意的是，围绕这三个人的争论仍然很激烈。事实上，专家们对这三个过程中每一个的重要性以及最终决定特定位置是否发生热浪的问题意见不一。

这不仅仅是一个学术问题，Röthlisberger说，“重要的是要了解这些机制各自发挥的作用。因为这有助于评估气候模型预测的可靠性。”诚然，这些准确地预测了当前条件下热浪的频率和持续时间。“但我们还不太了解这些模型是否出于正确的物理原因正确地代表了热浪。”

广泛的数据集

Röthlisberger现在想与他来自同一小组的同事LukasPapritz一起缩小这一知识差距。为了解决这个有争议的问题，研究人员分析了世界各地的极端高温，首先是加拿大的热浪，该热浪在2021年6月下旬测量到近50摄氏度的温度。

为了进行分析，科学家们使用了欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的最新数据集，其中包含高时空分辨率的三维全球天气数据。从这个庞大的数据集中，他们首先过滤掉了过去40年中每年世界上每个地方最热的一天。接下来，他们仔​​细计算了过去15天中每个位置地面附近的空气所经过的路径，以及该空气最后一个温度正常的点。

空气的路径至关重要，因为它指向加热的主要机制。如果空气来自气候温暖的地区，那么热传输是造成热浪的主要原因。相反，如果空气来自气候相似的地区，那么其他两个因素一定是异常温度的原因。

显着的地区差异

Röthlisberger和Papritz为他们的研究检查了总共2.5亿个航空包裹。对数据的评估表明，这三个因素如何相互作用因地区而异。每种因素在世界某些地区都占主导地位，但热浪通常是所有三种机制复杂相互作用的结果。

例如，在上面提到的加拿大热浪事件中，研究人员能够证明所有三个因素都对异常天气情况有影响。在这一次热浪中也存在地区差异：在靠近海岸的地区，主要是来自南方的热量传输和空气下沉导致了高温，而在内陆地区，极端温度是干燥和干燥的结果因此，加热的地面使空气变暖。

与此同时，对于中欧，研究人员发现撒哈拉沙漠的热空气通常只会产生间接影响。当来自非洲的热空气到达欧洲时，它通常不会取代地面上较冷的空气，而是滑过地面。“所以撒哈拉的空气最终不会使大气的下层变暖，而是使中层和上层变暖，”帕普里茨说。“相比之下，这里地面的热空气主要来自大西洋，然后被加热的地面和压缩加热。”

尽管如此，来自撒哈拉沙漠的空气确实发挥了重要作用：通过加热高层，它阻止了通常因地面附近变暖而产生的雷暴，并继续提供迫切希望的降温。