正文共3122字，预计阅读时间约为8分钟
也可点击本篇推文音频，用耳朵聆听知识~
住在下图红彤彤区域的北方朋友们，如何用一句话来形容自己很热？
【资料图】
图片来源：中央气象台
应该会有人想到那句“我热得像高压锅上面的排骨”吧。（还有“天气好热，好想找个人冷战”之类的）
实际上，“环球同此凉热”并非虚言。
过去两年，在世界上其他国家确实也发生了不少破纪录的高温热浪事件，比如2021年夏季，北美西海岸多个城市的最高温度打破了历史记录，波特兰地区在6月30日的最高气温达到了46.7 ℃。加拿大不列颠哥伦比亚省利顿地区的最高温度更飙升到49.5 ℃。
2021年6月29日相比于往年同期的温度异常（图片来源：NASA）
加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华海滩上被烤熟的贻贝（图片来源：参考文献1）
一名妇女在波特兰的一家杂货店购买食物，食物外边覆盖着一层塑料，以避免变质（图片来源：参考文献2）
而北美的热浪，源自一口“高压锅”。
像高压锅一样的热穹顶，
让北美热到不行
啥样的高压锅威力这么大？
大家肯定都多少听过西北太平洋副热带高压，这一高压是导致中国高温热浪的罪魁祸首，而北美的超级热浪同样离不开高压——“热穹顶（heat dome）”。
“热穹顶”是指高层大气热高压与附近低压形成了稳定的“Ω”型环流。它像个罩子一样把来自海洋的热空气罩住，靠近地面的空气被加热后试图上升，但由于高层是高气压，又被上层的高气压压回地面。
由于高层气团的气压比低层的要小，假设与外界没有热量交换，其在下降的过程中会被压缩，体积减小，内能增加，温度升高（即“下沉绝热增温”）。如此循环反复，热穹顶内的空气温度越来越高，同时“Ω”型环流又阻止了外部冷空气的进入，妥妥变成一个巨大的“高压锅”，超级热浪应运而生。
热穹顶示意图（图源：参考文献3）
当然，热穹顶的形成也不是那么容易的，需要以下几个条件：
1.强大的高压脊
中国科学院南海海洋研究所王春在指出，“热穹顶”的形成与北极极涡的异常活动有关。极地的低压中心不断加强并向南移动，原本平直的西风带被挤压之后变形，高压自然地往北移动侵入北极地区，逐渐形成了“Ω”型环流。高压脊控制下一般盛行下沉气流，往往导致天气晴朗，温度升高。
2.少云少风/微风的天气
晴朗无云的天气势必少不了太阳的照射，使得地表升温，而无风或者微风的天气则有利于热量的聚集。
3.暖湿气流
高压脊往往还伴随着向北的暖湿气流的输送。有研究指出，前一年冬季的拉尼娜事件可能有利于“热穹顶”的形成。前一年冬季西太平洋海温高于中东太平洋，这便会形成巨大的温度梯度和气压差，导致暖空气在西太平洋上空上升，在中东太平洋下沉。当风将暖空气向东输送时，急流向北移动，并将暖空气移向陆地，并在那里下沉，最终形成热穹顶。
一般来说，热穹顶形成后能维持几天的时间，偶尔也能维持数周，环流逐渐东移后就会自行消失。
天上罩着一口高压锅，
可不是闹着玩的
那么，像高压锅一般的“热穹顶”，会造成什么后果呢？
热穹顶会导致局部地区出现持续时间长且异常炎热的天气状况，并且往往还伴随着严重的干旱，引发森林野火。当温度过高，农作物可能会“一命呜呼”。因此，高温热浪有别称“沉默的杀手”，其破坏力不容小觑。
对人来说，高温热浪不仅仅让人热到“变形”，还会加重呼吸系统和心脑血管疾病患者的病情，引起“热射病”，威胁着人们的身体健康甚至生命。除此之外，热穹顶还会破坏基础设施，电线可能因高温炙烤熔化损毁，道路也可能因此出现膨胀断裂的情况等。
加拿大不列颠哥伦比亚省利顿镇上空看到的野火（图源：参考文献4）
我国会被盖上“热穹顶”高压锅吗？
“热穹顶”经常出现在北半球中纬度的西风带区域内，比如太平洋东部阿拉斯加地区、大西洋东部到欧洲西北部，在亚洲则经常出现在乌拉尔山及鄂霍次克海地区。
看起来跟我国关系不大了？但是！
“热穹顶”的本质是西风带弯曲形成的高压脊，中国地区也会受到这种高压脊的影响。比如，2022年6月我国北方的干热天气就是由西风带暖脊引起的，彼时河南河北多地出现了40 ℃以上高温。
除此之外，中国还会受到西北太平洋副热带高压和伊朗高压“双重buff”的共同影响。去年7、8月，西北太平洋副热带高压异常向西伸展，与伊朗高压打通，导致了我国南方异常炎热的天气。
伊朗高压和副热带高压“握手”成功（图片来源：参考文献5）
坏消息：全球增暖和土壤湿度变干
会给“热穹顶”加持
自工业革命以来，全球地表温度经历了前所未有的强烈增暖。政府间气候变化专门委员会（IPCC）最新发布的第六次评估报告（AR6）指出，2001-2020年全球平均地表温度较1850-1900年升高了0.99（0.84-1.10）℃。在全球变暖的大背景下，区域温度随着升高也不足为奇。
无论是第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中的检测归因模式比较计划（DAMIP），还是单一模式的大样本集合（CESM），结果都表明，未来北美西部发生类似热浪事件的概率将进一步升高。
尽管北美地区热浪事件与“热穹顶”环流密切相关，但两者的长期变化并不完全一致。观测和模拟分析均表明，1950年代以来“热穹顶”环流的强度并无显著趋势，然而其对应的热浪强度自1990年代以来快速增强。
我们不禁疑惑：为什么在相似的“热穹顶”环流影响下，热浪强度快速增加？一方面，这肯定与全球增暖这一背景态增温有关。另一方面，土壤湿度—温度正反馈过程对此也有贡献。
历史记录表明，伴随热穹顶型环流的出现，同期土壤湿度显著偏低，说明在北美地区土壤湿度和环流之间存在强烈的相互作用。由于1990年代之后土壤湿度变得更干燥，对太阳辐射更敏感，也就是更多能量会通过感热的形式释放，导致类似的环流下热浪的强度更大。
面对热浪，我们还能做什么？
2015年，联合国气候变化框架公约（UNFCCC）缔约国组织通过了《巴黎协定》，确定了“将全球平均气温较工业化前时期上升幅度控制在2 ℃以内，并努力将温升幅度限制在1.5 ℃以内的目标”。
围绕着不同温升阈值下的极端高温变化，中国科学院大气物理研究所的预估研究表明，当前气候条件下，北美地区可能1年最多经历一次酷热，但增暖1.5 ℃时，发生类似2021年极端高温的频率可能变成1年2次，而增暖2 ℃和3 ℃时，夏季极端高温可能会接二连三发生。因此，如果将温度控制在1.5 ℃而不是2 ℃（3 ℃），将能避免约65%（92%）的类似极端高温频率的增加，同时也避免更多的人口暴露在高温热浪中。
可见，控制全球温升水平是减少高温不利影响的有效手段之一。
工业革命前参照试验、现在和未来温度的概率密度分布曲线，发生类似2021年夏季北美高温的概率为黑色虚线右侧曲面占整个曲线包围的面积（图源：改自参考文献18）
“毫无疑问，人类的影响使大气、海洋和陆地变暖”，在评估报告中，政府间气候变化专门委员会（IPCC）首次明确指出这一结论。还是那句话：我们只有一个地球，地球气候的未来命运掌握在我们手中。身体力行，节能减排，是我们能为守护全人类共同家园所能做出的微小贡献。
致谢：感谢中国科学院大气物理研究所的周天军研究员、张文霞副研究员、左萌博士、林征老师和魏科副研究员为本文撰写提供素材和建议
参考文献：
1.Alyssa Gehman, https://www.eater.com/22585145/climate-crisis-boiled-alive-mussels-oysters-clams-vancouver-pacific-northwest-heatwave
2.Alex Milan Tracy/Sipa, CNN, https://edition.cnn.com/2021/07/04/world/canada-us-heatwave-northern-hemisphere-climate-change-cmd-intl/index.html
3.http://iap.cas.cn/gb/xwdt/kyjz/202207/t20220722_6492634.html, Wang et al., 2022, AAS
4.NASA，https://www.universetoday.com/tag/earth-observing-satellites/
5.http://iap.cas.cn/gb/xwdt/kyjz/202207/t20220722_6492634.html
6.https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/7/461352.shtm
7.https://www.clearias.com/heat-dome/
8.https://m.bjnews.com.cn/detail/162513329514253.html
9.http://health.people.com.cn/n1/2020/0811/c14739-31817424.html
10.https://news.cctv.com/2021/07/02/ARTIXBWmn3AHLHZtOn61euyO210702.shtml
11.Benfield, A. Global catastrophe recap september 2021 (PDF). (Report). p. 13. Retrieved from http://thoughtleadership.aon.com/Documents/20210012-analytics-if-september-global-recap.PDF (2021)
12.Lin, H., Mo, R. & Vitart, F. The 2021 western North American heatwave and its subseasonal predictions. Geophys. Res. Lett. 49, e2021GL097036 (2022)
13.NOAA. What is a heat dome? National Ocean Service website, https://oceanservice.noaa.gov/facts/heat-dome.html, 01/20/23.
14.IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 3−32, doi:10.1017/9781009157896.001.
15.Thompson, V. et al. The 2021 western North America heat wave among the most extreme events ever recorded globally. Science Advances 8, eabm6860 (2022).
16.Wang, C. Z., J. Y. Zheng, W. Lin, and Y. Q. Wang, 2022: Unprecedented heatwave in western North America during late June of 2021: Roles of atmospheric circulation and global warming. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-022-2078-2
17.World Meteorological Organization (WMO) 2021. State of the Global Climate WMO Provisional report. Available online at https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10859 (2021)
18.Zhang, X., Zhou, T., Zhang, W. et al. Increased impact of heat domes on 2021-like heat extremes in North America under global warming. Nature Communications (2023). Doi: 10.1038/s41467-023-37309-y
作者：张星
作者单位：中国科学院大气物理研究所
版权说明：未经授权严禁任何形式的媒体转载和摘编，并且严禁转载至微信以外的平台！
文章首发于科学大院，仅代表作者观点，不代表科学大院立场。转载请联系cas@cnic.cn
推荐阅读
>" linktype="text" imgurl="" imgdata="null" data-itemshowtype="0" tab="innerlink" data-linktype="2">夜幕降临后有“高温刺客”出没>>
>" linktype="text" imgurl="" imgdata="null" data-itemshowtype="0" tab="innerlink" data-linktype="2">如何测量一亿度的高温？>>
>" linktype="text" imgurl="" imgdata="null" data-itemshowtype="0" tab="innerlink" data-linktype="2">气候变化可能还会影响时间哦>>
>" linktype="text" imgurl="" imgdata="null" data-itemshowtype="0" tab="innerlink" data-linktype="2">“流浪地球”带来的气候地狱…>>
科学大院是中科院官方科普微平台，由中科院科学传播局主办、中国科普博览团队运营，致力于最新科研成果的深度解读、社会热点事件的科学发声。
转载授权、合作、投稿事宜请联系cas@cnic.cn
大院er拍了拍你：不要忘记
点亮这里的赞和在看噢~
