北方的夏天為啥這麼熱？

英國雷丁大學Dr. Buwen Dong，科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室（LASG）陳衛博士和陸日宇研究員等通過觀測數據分析，發現20世紀90年代中期以來東北亞夏季平均氣溫的增暖三分之二是由海溫（海冰）變化引起的，剩餘三分之一由溫室氣體和氣溶膠的直接影響決定。極端高溫事件主要取決於氣溶膠的變化，特別是歐洲氣溶膠排放的減少而導致的。根據上述氣候事件的歸因研究，隨著溫室氣體的持續增加和歐美國家氣溶膠排放的持續減少，東北亞地區的夏季增暖和高溫事件頻發將繼續維持甚至增強。相關成果發表在《Advance in Atmospheric Sciences》2016年第9期上。

撰文 | 陳衛 博士

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北方的夏天為啥這麼熱？

編者導讀

夏天快要過去了，但今年夏天的「熱」卻給很多人留下了深刻印象。入夏以來，北方地區經歷了大範圍的高溫天氣。不僅平均氣溫較常年平均偏高，日最高溫度普遍達到了35℃至38℃，局地甚至超過40℃，接近或超過歷史極端最高氣溫。

近年來北方地區極端高溫事件頻發，這背後的原因是什麼？最近，來自英國雷丁大學的董步文博士與科學院大氣物理研究所陳衛、陸日宇等人，分析了北方極端高溫事件發生的規律，討論了氣候自然變率和人類活動的影響對該地區的氣候變化貢獻大小，並對未來變化趨勢做出預測。本版特約研究者撰文向讀者介紹。

東北亞地區

近二十年升溫事件頻發

北方夏季的極端高溫天氣並不是孤立的存在，而是在近二十年來整個東北亞地區平均氣溫顯著增暖的背景下產生的。東北亞地區包括北方地區、朝鮮半島、日本以及俄羅斯遠東地區。這一地區雖地處中高緯，但作為全球氣候變化的敏感區，受到氣候自然變率和人類活動的共同作用，近年來氣候複雜多變，極端氣候事件頻發。

自20世紀90年代中期以來，東北亞地區夏季氣溫發生了年代際的增暖。90年代中期至今近二十年的平均氣溫，比之前三四十年的平均氣溫升高了1.2℃。這一變化的幅度看起來似乎不大，但在氣候變化研究中，一般來說十年以上的年代際變化應當遠小於年與年之間的年際變化。而東北亞地區夏季氣溫的這一年代際變化的幅度，甚至超過該地區年與年之間的變化（0.7℃）。在這種溫暖的氣候背景下發生極端高溫事件，可謂「火中送炭」，將發生更嚴重的高溫天氣。

衡量極端溫度事件的指標包括日最高氣溫、日最低氣溫、最熱白天溫度、最暖夜間溫度、炎熱白天數、熱帶夜天數等。這些指標越高，表徵了極端高溫事件越頻發。其中最熱白天溫度高，炎熱白天數多，這表示白天的極端高溫事件，往往伴隨著白天晴熱少雲，太陽輻射光照很強，體感高溫炙烤。而最暖夜間溫度高，熱帶夜天數多，則表示夜間的高溫事件，往往空氣濕度大，體感悶熱。而當日最高氣溫和日最低氣溫同時升高，炎熱的白天和悶熱的夜晚將同時發生。

不同觀測數據中東北亞地區夏季氣溫異常的時間序列。圖中黑色粗實線表示1964-1993年，紅色粗實線表示1994到2011年。縱坐標表示溫度異常的大小。

觀測中東北亞地區夏季炎熱白天數（黑色實線）和熱帶夜天數（紅色實線）異常的時間序列。縱坐標表示天數的異常。

近二十年來，包括東北和華北在內的東北亞地區的日最高氣溫和最低氣溫都有顯著升高，導致炎熱白天數增加了約14天，熱帶夜天數增加了約6天。這表明，與90年代中期以前的三四十年相比，現在這一時期每年中最熱的天數增加2周左右，而夜晚也同樣炎熱的天數增加了一周左右。此外，每年最熱白天和最熱夜間的氣溫也都較之前增加了約2℃。這些數據表明，不僅夏季平均氣溫升高，而且極端高溫事件也頻發。表現為高溫時間持續時間更長，高溫的幅度也更大，我們正經歷著較之前時期更為炎熱而漫長的夏天。

近二十年來東北亞地區夏季氣溫產生如此顯著的增暖，這讓我們聯想到全球變暖的大氣候背景。而人類活動引起的溫室氣體排放、氣溶膠排放是全球變暖的重要因子。那麼人類活動是否也對東北亞地區極端高溫事件有影響呢？氣候歸因研究為回答這一問題提供了有力的工具。

氣候歸因研究是回答「氣候變化在多大程度上是由人類活動引起的」這一科學問題的重要基礎。目前全球氣溫變化的歸因分析，主要是將全球氣溫歸因為人為外部強迫、自然強迫和氣候內部變率等部分，其中人為外部強迫主要包括等溫室氣體和氣溶膠輻射強迫等，自然強迫主要包括火山活動、太陽活動等。比較普遍的研究方法，是在數值模式中加入自然因子的影響和人類活動的影響后模擬氣候變化。

對於20世紀的氣候變化歸因研究指出，綜合考慮自然因子、人類活動及內部變率的共同影響的情況下，模式能夠相當成功地模擬出20世紀的增暖，而僅僅考慮自然因素的模式，則沒能模擬出近幾十年來的氣溫升高。因此，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布的第五次評估報告就指出，溫室氣體排放以及其他人為驅動因子，已成為自20世紀中期以來氣候變暖的主要原因。

「針對東北亞夏季氣溫增暖、極端高溫事件頻發的現象，通過數值模擬進行歸因研究，能夠定量分析出氣候自然變率、人類活動引起的溫室氣體、氣溶膠排放的貢獻大小及原因」，董步文博士介紹說。

20世紀90年代中期之後，氣候自然變率在海溫的變化上，主要表現為大西洋年代際振蕩（AMO）暖位相和太平洋年代際振蕩（PDO）冷位相。二者相結合使得北半球中高緯海洋有顯著的增溫。人類活動引起的溫室氣體排放增強，包括CO2增加11%，CH4增加18%，N2O增加6%。人類活動引起的氣溶膠主要是二氧化硫排放的變化則存在區域性：歐洲和北美地區減少而亞洲地區增加。

在數值模式中綜合考慮了上述海溫以及人類活動引起的溫室氣體和氣溶膠排放的強迫因子后，能夠很好刻畫出20世紀90年代中期以來，東北亞地區氣溫增暖和極端高溫事件頻發的現象。這說明，近二十年來平均氣溫及極端高溫事件的變化，確實來自於氣候自然變率和人類活動的共同作用。

通過考慮不同強迫因子的作用研究發現，東北亞地區90年代中期以來平均氣溫的升高，其中約76%來自於氣候自然變率海溫的變化：考慮海溫變化的強迫試驗中，東北亞溫度升高了約0.4-1.2℃。而剩餘的24%由人類排放的溫室氣體和氣溶膠的直接影響決定，其中氣溶膠強迫引起了約0.2-0.8℃的升溫，解釋了21%的氣溫變化，而溫室氣體的影響則較小，僅為3%。也就是說，包括海溫變化在內的氣候自然變率，可以引起20世紀90年代中期以來東北亞地區夏季平均氣溫增暖，但人類活動，特別是氣溶膠排放對東北亞夏季氣溫增暖有顯著的增強作用。

對於極端高溫事件，不同海溫強迫和人類活動強迫對不同高溫指標的影響不同，但總的來說，雖然海溫變化能夠解釋一部分極端高溫增加的現象，但人類活動對極端高溫事件有放大的作用。極端高溫事件，特別是日最高氣溫和最熱白天溫度等指標，主要取決於氣溶膠的變化。

雖然海溫的自然變率具有年代際的震蕩周期，對高溫的作用也具有周期性，但人類活動的影響則具有持續性。對於東北亞地區極端高溫事件而言，溫室氣體和氣溶膠的持續性變化，對極端高溫事件的維持有重要作用。

當然，這些研究結果都是基於氣候模式的模擬結果，因此也需要注意到模式模擬所帶來的不確定性。但這一研究結果仍加深了對區域氣候變化規律和預測的理解。

延伸閱讀

人類活動與全球氣候變化

氣溫的增暖，氣候的變化不僅發生在我們身邊，也具有全球尺度。

事件一：20世紀90年代中期以來，歐洲地區也經歷了平均氣溫升高，極端高溫頻發。例如2003年歐洲熱浪致2萬多人死亡；2010年俄羅斯高溫引起森林火災。

事件二：20世紀90年代以來，撒哈拉地區降水增多。撒哈拉地區的降水呈現出年代際的變化，70、80年代際經歷了極端乾旱，而近二十年來降水又有所增加。

這些氣候變化雖發生在不同區域，但都出現在人類活動很大成都上影響氣候變化這一背景下。董步文博士的研究團隊利用氣候事件的歸因研究表明，上文列舉的這兩個氣候變化時間都與東北亞氣溫極端高溫頻發類似，與人類活動引起的溫室氣體和氣溶膠排放有關。