气候变化下热带热浪频繁的陆海跨界迁移：揭示隐藏危机，守护生态与人类健康

在气候变化背景下，热浪危害严重，但陆海热浪跨界迁移及人为影响不明。研究人员运用拉格朗日追踪法，发现热带陆海跨界热浪更持久、范围广、强度大且频率增加。这为认识热浪危害提供新视角，对防范其影响意义重大。

　　在全球气候持续变暖的大环境下，热浪如同越来越频繁发作的 “热病”，给人类社会和生态系统带来了巨大的灾难。陆地热浪会严重威胁森林、农业生产、野生动物的生存，还会损害人类健康；海洋热浪则会导致大量水生生物死亡，降低海洋生物的生产力，进而对全球社会经济和生态系统产生连锁式的负面影响。

然而，以往大多数关于热浪的研究往往只关注陆地或海洋单一领域，就像是只盯着拼图的一块，忽略了陆地与海洋之间千丝万缕的联系以及它们相互之间的影响。比如，2021 年太平洋西北部那场史无前例的热浪，部分原因是热带海洋的热平流，它造成了数百人死亡，农作物被毁，基础设施受损；还有 2013 年的南大西洋海洋热浪，其源头竟然是南美洲大陆上的大气极端高温。显然，只研究单一领域无法全面了解热浪从产生到结束的时空演变过程。

同时，虽然人们已经观察到人为因素导致的热浪在站点和网格尺度上不断加剧，并且预计在未来变暖的情况下会进一步恶化，但对于人为变暖如何影响陆海热浪的跨界迁移，以及背后的驱动机制，仍然知之甚少。在这样的背景下，为了填补这些知识空白，中国地质大学（State Key Laboratory of Geomicrobiology and Environmental Changes、Hubei Key Laboratory of Regional Ecology and Environmental Change 等多个研究团队）的研究人员开展了一项关于 “气候变化下热带热浪频繁的陆海跨界迁移” 的研究。

研究人员运用拉格朗日追踪法（Lagrangian tracking approach），对再分析数据和模拟数据中时空连续的暖季热浪进行识别和追踪，以此来研究海洋到陆地热浪（Ocean-to-Land Heatwaves，OTLHs）和陆地到海洋热浪（Land-to-Ocean Heatwaves，LTOHs）这两种类型的跨界迁移情况。该研究的结果发表在《Nature Communications》上，为人们认识热浪的危害提供了全新的视角。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：

1. 数据来源：使用了欧洲中期天气预报中心第五次再分析数据集（ERA5）、日本 55 年再分析数据集（JRA55）、耦合模式比较计划第 6 阶段（CMIP6）的模拟数据以及美国国家大气研究中心的社区地球系统模型大集合（CESM-LENS）数据。
2. 热浪定义：将热浪定义为近地表气温连续至少 3 天超过暖季历史气候学 90 百分位阈值的时期，并基于滚动 30 年参考期确定热浪阈值。
3. 识别与分类：利用拉格朗日追踪框架，通过四个步骤识别时空连续的热浪，并将其分为陆地热浪、海洋热浪、OTLHs 和 LTOHs 四种类型。

下面来看看具体的研究结果：

1. 全球陆海跨界热浪的模式：通过对 1981 - 2020 年的数据分析，研究人员发现全球范围内大多数热浪事件为陆地热浪（3198 件，占比 21.6%）或海洋热浪（8145 件，占比 54.9%）。OTLHs（2133 件，占比 14.4%）主要起源并在热带和南大洋迁移，在热带和南温带地区登陆，在南美洲西部、非洲中部、南欧和东亚等地频率更高、空间覆盖范围更大、强度更强；LTOHs（1354 件，占比 9.1%）起源于欧亚大陆中部、非洲、南美洲中部和墨西哥等地，在北半球随纬度增加而增加，主要影响大西洋和南大洋。与陆地或海洋单一区域的热浪相比，陆海跨界热浪更持久（OTLHs 全球中位数为 9 天，LTOHs 为 8 天）、范围更广（OTLHs 为6.33×106 km2，LTOHs 为4.24×106 km2）、强度更大（OTLHs 为6.30×106 K km2天，LTOHs 为8.79×106 K km2天）。
2. 人为因素对陆海跨界热浪的影响：研究表明，人为因素（ANT）导致了跨界热浪频率的广泛增加，其中温室气体排放（GHG）是主要驱动因素。在 1981 - 2020 年，海洋热浪向陆地迁移的频率全球增加了 + 30.9%，陆地热浪向海洋迁移的频率增加了 + 24.0%。在高排放情景（Shared Socioeconomic Pathways 5 - 8.5，SSP5 - 8.5）下，预计 2041 - 2080 年全球陆地 OTLHs 频率将增加 19.5%，全球海洋 LTOHs 频率将增加 36.3%。不过，研究也发现，在温室气体排放的影响下，北半球大陆上 LTOH 的频率可能会下降，这与北极放大效应导致的陆地热浪移动速度减慢有关。
3. 陆海热浪迁移的大气机制：研究人员发现，热带地区是陆海跨界热浪特别脆弱的热点地区。对于 OTLHs，当西太平洋副热带高压（WNPSH）向西延伸时，会驱动热浪从西北太平洋向陆地扩张，并且高压中心的增强会促进热浪迁移的持续；对于 LTOHs，罗斯贝波列（Rossby wave trains）的传播会推动陆地热浪向海洋迁移，并且澳大利亚西部土壤水分的减少会放大沿海地区的热浪。此外，未来高排放情景下，与跨界热浪相关的天气模式（如 WNPSH 和罗斯贝波）预计会增强，人为变暖导致的陆地向岸风增强和陆海温度梯度增大，也会加剧陆海跨界热浪。

在研究结论和讨论部分，研究人员指出，该研究首次对陆海跨界热浪进行了全球评估，揭示了在人为变暖的情况下，尤其是在热带地区，其频率不断增加的趋势。这表明以往单一领域的热浪评估可能低估了热浪的特征和风险，因为这些事件的真正来源或终点可能在另一个空间领域。

尽管该研究存在一些局限性，比如长期海洋观测数据稀缺，当前的三维追踪框架无法追踪绝热和非绝热加热过程等，但研究人员通过使用多个 CMIP6 模型的集合平均值，并利用 CESM-LENS 进行分析，在一定程度上减少了模型模拟带来的不确定性。研究还发现，跨界热浪对沿海和海洋生态系统构成了明显威胁，可能导致珊瑚白化、食物链中断和渔业衰退等问题。

综上所述，这项研究为理解陆海跨界热浪的迁移和加剧提供了全面的框架，强调了区域和国际合作在应对这些长期且广泛的跨界热浪方面的重要性。它不仅有助于人们更深入地认识气候变化对热浪的影响，也为制定相关的预防和应对策略提供了科学依据，对保护人类社会和生态系统免受热浪危害具有重要意义。