清華新聞網(wǎng)9月14日電 極端濕熱對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)有重大影響。在全球變暖背景下，未來(lái)濕熱浪的強(qiáng)度和頻率將進(jìn)一步增加。濕熱浪發(fā)生時(shí)，土壤比平時(shí)更濕，邊界層高度較低，地表的蒸發(fā)增加了近地層大氣濕度。小雨天的陸面大氣過(guò)程及輻射變化如何影響極端濕熱？當(dāng)前全球氣候模式普遍存在小雨模擬過(guò)多的問(wèn)題，然而模式中過(guò)多的小雨對(duì)濕熱浪的模擬產(chǎn)生的影響尚未明確。
針對(duì)上述問(wèn)題，清華大學(xué)地學(xué)系王勇課題組繼揭示了小雨主導(dǎo)氣溶膠濕沉降之后，發(fā)現(xiàn)小雨通過(guò)增強(qiáng)陸面焓通量和降低邊界層高度，能夠加劇極端濕熱。在此前隨機(jī)對(duì)流方案降低全球氣候模式中小雨頻率高估的研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了濕熱浪在蒸散發(fā)能量約束區(qū)低估、水分約束區(qū)高估的模擬偏差得到了很大程度的緩解。相關(guān)研究成果以“小雨加劇極端濕熱”（Light rain exacerbates extreme humid heat）為題，于近日在《自然·通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表。
研究發(fā)現(xiàn)，暖季濕熱浪強(qiáng)度與小雨顯著相關(guān)，與中到大雨和總降水量無(wú)明顯相關(guān)。在濕熱浪天和其前一天，除撒哈拉沙漠等干旱區(qū)外，小雨的發(fā)生頻率超過(guò)50%。小雨天的濕熱浪和無(wú)雨天的濕熱浪在大尺度環(huán)流背景場(chǎng)并無(wú)明顯差異，但前者強(qiáng)度高于后者（圖1）。這是因?yàn)橄啾葻o(wú)雨的情況，小雨情況下到達(dá)地表的短波輻射雖然有所減少，但是陸面焓通量的增強(qiáng)和邊界層高度的降低，顯著增強(qiáng)了極端濕熱。
圖1.（a-c）暖季濕球黑球溫度（WBGT，濕熱指標(biāo)）與小雨頻率（a）、中到大雨頻率（b）以及總降水量（c）時(shí)間相關(guān)系數(shù)；（d）極端濕熱天和其前一天小雨發(fā)生頻率；（e）極端濕熱強(qiáng)度在有小雨情況和無(wú)雨情況差異
研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生小雨的連續(xù)濕熱浪持續(xù)時(shí)間要比無(wú)小雨的情況持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。然而，分散性小雨比連續(xù)性小雨更有效地延長(zhǎng)連續(xù)濕熱浪持續(xù)時(shí)間（圖2）。這是由于小雨補(bǔ)充了土壤水分，在之后的無(wú)雨日，強(qiáng)輻射一定強(qiáng)度上保持了蒸發(fā)，能夠在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地提供水汽。
圖2.（a）發(fā)生小雨的連續(xù)濕熱浪和無(wú)雨的連續(xù)濕熱浪持續(xù)時(shí)間差異；（d）連續(xù)濕熱浪與小雨Gini系數(shù)（表征小雨分布情況，系數(shù)越大代表小雨分布越不均勻）的相關(guān)系數(shù)；（c-d）熱帶（c）和中高緯（d）連續(xù)濕熱浪和潛熱變化速率與小雨Gini系數(shù)的關(guān)系
通過(guò)在全球氣候模式CAM5中減小過(guò)多的小雨，低緯輻射約束區(qū)的蒸散發(fā)增加減小了濕熱浪強(qiáng)度的負(fù)偏差，而中緯度水分約束區(qū)的蒸散發(fā)減少緩解了濕熱浪強(qiáng)度的正偏差（圖3）。這些發(fā)現(xiàn)為認(rèn)識(shí)未來(lái)氣候變暖的背景下小雨發(fā)生頻率減少對(duì)濕熱浪的影響提供了重要理論基礎(chǔ)。
圖3.過(guò)多小雨被抑制后暖季（a）小雨Gini系數(shù)的變化和（b）WBGT的變化（c）及其所在的不同蒸散發(fā)約束區(qū)間（橫坐標(biāo)越接近于1代表蒸散發(fā)越受水分約束，縱坐標(biāo)越接近于1代表蒸散發(fā)越受能量約束）
清華大學(xué)地學(xué)系2018級(jí)博士生張瞻婕為論文第一作者，清華大學(xué)地學(xué)系副教授王勇和美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校Scripps海洋研究所教授張廣俊為論文共同通訊作者。論文合作者還包括中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院特別研究助理邢成、中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所博士后夏雯雯、福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院副教授楊夢(mèng)淼。研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51778-9
供稿：地學(xué)系
編輯：李華山
審核：郭玲
