过去几十年北半球热浪累积强度呈现显著的上升趋势，但这种上升趋势在空间分布上是不均匀的。为什么有些区域热浪强度上升得快，有些区域上升得慢？一项题为《Sketching the spatial disparities in heatwave trends by changing atmospheric teleconnections in the Northern Hemisphere》的研究利用复杂气候网络方法，从大气遥相关的角度揭示了热浪趋势空间差异背后的原因。
该研究基于事件同步天数和年际相关系数，构建了热浪-高、低压事件相耦合的双变量复杂网络。通过计算显著强邻边的距离分布，发现热浪事件与局地的高压事件、2700千米之外的低压事件高度同步 (相关)（图1）。东欧和西欧区域热浪事件的合成分析表明，这种局地相关和遥相关的统计关系是具有实际物理含义的。中纬度高低压交替的大气罗斯贝波波列，解释了极端天气和极端高、低压事件之间的统计联系。
图1. 热浪、冷事件、高压事件、低压事件之间复杂同步网络显著强邻边的地理距离分布。
对于每一个热浪格点，遍历搜寻与该格点热浪联系最紧密的局地高压格点 (
该研究揭示，大气遥相关能解释中高纬度接近一半热浪的年际变率，并且能正确预估中纬度接近 80% 的区域热浪纬向不对称趋势（相比纬向平均是加速上升还是有所减缓）（图2）。其中，对于北半球上升趋势最快的欧洲东部地区，大气遥相关能解释 70% 的不对称上升趋势 (去掉纬向平均的部分)。在大气遥相关显著增强的区域，1979–2000最热 5% 夏天发生的概率在2000年之后增长至原来的4.5倍，而在大气遥相关显著减弱的区域则几乎维持不变。
图2. ERA5再分析资料中热浪强度的纬向不对称趋势 (原始趋势减去纬向平均)，基于大气遥相关强度预估的热浪趋势，预估正确符号比例，及最热 5 % 夏天发生概率变化在大气遥相关显著增强和减弱区域的差异。
进一步的分析表明，CMIP6 模式对热浪不对称上升趋势的模拟也高度依赖于对大气遥相关的模拟。以欧洲东部区域为例，在29个CMIP6模式中，模式对相关大气遥相关的模拟越准确，那么它对热浪不对称上升趋势的模拟也越准确。
本研究得到广东省基础与应用基础研究重大项目 (2020B0301030004)，国家自然科学基金 (42275020, 42105015)，南方海洋科学与工程实验室 (珠海) 创新团队项目 (311021001)，广东省自然科学基金 (2022A1515010659)，和广东省气候变化与自然灾害重点实验室 (2020B1212060025) 的联合支持。Sketching the spatial disparities in heatwave trends by changing atmospheric teleconnections in the Northern Hemisphere.上述成果以 “Sketching the spatial disparities in heatwave trends by changing atmospheric teleconnections in the Northern Hemisphere” 为题于2024年9月在《Nature Communications》发表。论文第一作者为德国波兹坦气候影响研究所蔡奋颖 (在读博士生)，通讯作者为中山大学大气科学学院杨崧教授和张团团副教授，合作作者包括刘彩红博士、Dieter Gerten 教授、李开文博士、欧洲科学院院士Jürgen Kurths 教授等人。
文章信息：Cai, F., Liu, C., Gerten, D.et al.Nat Commun15, 8012 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52254-0
