从 2021 年 6 月下旬到 7 月中旬，太平洋西北部被前所未有的热穹顶灼烧，打破了温度记录，并引发了对极端气候的担忧。波特兰和西雅图等以温和夏季闻名的城市正在努力应对三位数的高温，科学家们深入研究了这种气象异常的原因和方式。
现在，由宾夕法尼亚大学艺术与科学学院的迈克尔·曼（Michael Mann）领导的一个研究小组已经剥开了大气动力学的层层，揭示了一个惊人的事实：自然系统和人为引起的气候变化的相互作用正在为更频繁和更恶劣的天气事件奠定基础。
“我们的研究表明，异常的夏季急流行为——我们知道人为造成的变暖有利于这种行为，但当代气候模型并没有很好地捕捉到这种行为——促成了前所未有的 2021 年太平洋西北地区’热穹顶’事件，”曼恩说，总统杰出教授和发表在《美国国家科学院院刊》上的论文的合著者。
研究人员发现，在热穹顶事件发生之前，太平洋西北部的行星波 – 导致天气变化的风中的大规模大气通量 – 由于共振而放大，这是一个相关的过程，其中某些大气条件以增强波的强度和持久性的方式排列。
波浪幅度的增加可能导致该地区土壤湿度的减少。反过来，干燥的土壤导致大气温度升高，这是在热穹顶事件期间观察到的极端变暖的关键因素。研究人员指出，地球大气层与其陆地景观之间的这种复杂相互作用揭示了极端天气条件的一个基本事实：它们不是孤立发生的，而是一系列相互关联的过程的结果。
自然过程包括大气动力学，如气压和温度变化、洋流和自然气候循环，而人为引起的气候变化涉及由于温室气体排放、森林砍伐和城市化而导致的地球大气层变化。正是这些自然和人为驱动过程之间的协同作用塑造了这些天气现象的频率、强度和特征。
该团队的工作提供了对这种热浪机制的见解，并指出了放大的大气环流模式和土壤湿度的重要作用，这种相互作用为热穹顶的形成创造了完美的条件。
第一作者、曼恩研究小组的博士后研究员李学可解释说，一种被称为准共振放大（QRA）的现象间接地为热穹顶奠定了基础，“导致土壤水分不足，这反过来又放大了低层大气变暖。
李指出，一个长期存在的气候科学问题是模型准确复制极端天气事件强度和频率的能力。这种困难主要是由于大气环流和动力学如何应对气候变化的不确定性。他们的研究强调了通过结合QRA将行星波动力学整合到这些模型中的必要性，这可以显着提高预测罕见但有影响力的天气事件的准确性。
“令人兴奋的是，揭示了QRA事件如何影响先前大气条件的预处理反馈机制 – 在这种情况下，通过陆地表面过程，”Li说，“这引入了一种额外的，尽管是间接的机制，QRA通过该机制影响极端高温事件。
这一发现有望预测极端的“热穹顶”事件，并开发更准确的气候模型。
Michael E. Mann是宾夕法尼亚大学艺术与科学学院地球与环境科学系的首任总统杰出教授，也是宾夕法尼亚大学科学、可持续发展和媒体中心主任。他在安纳伯格传播学院担任副教授。
李雪珂是宾夕法尼亚大学曼恩研究小组的博士后研究员。
其他作者是宾夕法尼亚大学的香农·克里斯蒂安森（Shannon Christiansen）和朱迪特·卡里略（Judit Carrillo）;劳伦斯伯克利国家实验室的Michael F. Wehner;以及波茨坦大学的 Stefan Rahmstorf 和 Stefan Petri。
这项工作得到了宾夕法尼亚大学艺术与科学学院和能源部的支持（合同编号。DE340AC02-05CH11231.）
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://penntoday.upenn.edu/news/climate-change-and-atmospheric-dynamics-unveil-future-weather-extremes