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人为气溶胶排放的时空非均匀变化对中国夏季极端高温趋势的影响及机理

中国极端高温,人为气溶胶强迫,辐射效应,大气遥相关,时空变化

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.17 气候变化驱动的大尺度环流变异与极端天气

观测数据显示，过去几十年来，中国地区的极端高温事件呈现出显著的增加趋势，对社会经济发展、生态系统稳定以及人类健康构成了日益严峻的威胁。在全球变暖的背景下，理解极端高温变化的驱动因子及其物理过程，已成为气候科学研究的前沿热点。现有研究普遍强调温室气体增温的主导作用，然而，人为气溶胶作为重要的辐射强迫因子，其对极端温度的影响同样不可忽视。人为气溶胶通过直接辐射效应和间接云调节效应，可以显著改变地气系统的能量收支，并可能通过调节大气环流远程影响区域气候。然而，当前对于不同区域人为气溶胶排放变化如何协同或竞争性地影响中国极端高温的长期趋势，尤其是其背后的远程调控机制，尚缺乏系统认识。为此，本文基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的历史模拟试验以及人为气溶胶/温室气体单一强迫的历史模拟试验数据，系统研究了不同区域人为气溶胶排放变化对中国极端高温趋势的影响及其物理机制。研究发现，在1950—1979年期间，东亚和欧洲的人为气溶胶排放增加共同导致中国极端高温减少。其中，东亚人为气溶胶主要通过反射和散射太阳短波辐射引起局地地表冷却；而欧洲人为气溶胶则通过改变排放源区的大气热力结构，激发一个向东传播的遥相关波列，导致东亚地区高空辐合、位势高度负异常以及偏北风带来的冷平流异常，从而间接抑制极端高温的发生。在1980—2009年，尽管东亚地区人为气溶胶排放持续增加，但欧洲人为气溶胶排放减少激发了反位相的大气遥相关波列，引起东亚高空辐散、位势高度正异常和南风暖平流异常，显著削弱了东亚局地气溶胶的冷却效应，最终在中国北方形成极端高温的显著增加趋势，呈现出“北多南少”的空间分布格局。进入2010年后，东亚和欧洲人为气溶胶排放的共同减少进一步加剧了中国极端高温的上升趋势。本研究揭示了不同区域人为气溶胶强迫对中国极端高温变化影响机制的本质差异：东亚人为气溶胶主要通过局地辐射效应直接影响极端高温；而欧洲人为气溶胶则通过调控大气遥相关过程改变东亚大气环流，进而间接影响中国极端高温的变化。该发现深化了对人为气溶胶远程气候效应的理解，为未来极端高温的预测与应对提供了重要的理论依据。