2024
11/05
[一个世纪以来全球热浪风险的变化及其驱动因素]
●●●
PART.01
研究背景
在过去的一个世纪里，全球气候经历了前所未有的变暖，加剧了极端天气事件的发生和增加的高影响事件，如热浪。一些研究人员使用绝对阈值法来识别热浪的特征，发现它们的频率和强度在华东地区持续增加。
与此同时，不同地区热浪的频率和强度不断增加，导致全球热浪风险分布的可变性。以前的研究集中在热浪事件特征的变化上，但缺乏对潮湿地区和旱地热浪风险差异的清晰理解。更准确地评估不同地区的热浪风险程度将有助于我们更好地应对气候变化带来的影响。热浪高风险地区对水资源和生态系统造成了更大的压力，进一步威胁到这些地区的可持续发展和生态安全。
因此，为了回应上述考虑，本研究侧重于使用基尼系数、GeoDetector 和复合分析对热浪和白天热浪变化进行全球风险评估。本研究的主要目标是：（a） 调查 1901 年至 2020 年全球热浪特征和演变模式的变化。（b） 建立一个风险指数，以评估研究期间热浪风险的强度，并比较不同气候阶段的热浪风险变化率。（c） 评估各种影响因素对热浪风险和加剧热浪风险的大气环流过程的贡献。这不仅有助于我们更好地了解干旱和潮湿地区热浪风险的强度特征和驱动机制，还将改进全球热浪风险的研究。同时，它还将帮助根据当地情况制定科学有效的防灾减灾措施。
PART.02
数据与方法
1.数据来源
本研究使用了来自Berkeley Earth的每日最高温度（Tmax）数据，还使用了 NOAA 全球库存监测和建模系统 （GIMMS） 发布的最新长序列归一化差异植被指数 （NDVI） 产品。高程数据则来自2010年全球多分辨率地形高程数据（GMTED2010）。1979 年至 2020 年的帕尔默干旱严重程度指数 （PDSI）、实际蒸散量 （Aet）、气候水分亏缺 （Def）、潜在蒸散量 （Pet）、降水 （Pre）、土壤水分 （SM）、向下表面短波辐射 （Srad） 和风速 （WS） 数据来自 TerraClimate。1979 年至 2020 年的 500 hPa 位势高度、地表气压和 850 hPa 风速数据来自ERA5。
2.研究方法
（1） 热浪指标的定义
热浪通常使用相对阈值方法来识别，该方法在某种程度上可以推广到大型区域尺度或不同的气候划分。HWC代表累积热量的总和，定义为当热浪发生时超过阈值的额外热量，表示为每个热浪日与阈值之间的异常之和：
其中 HWCcum表示累积热量，HWO 表示所有热浪天数，Tanom表示热浪天数和阈值之间的温度异常。
（2）热浪风险评估
风险评估采用双因素评估模型，其理论内涵表明灾害风险是危害和载体脆弱性两个因素相互作用的结果。全年按月评估热浪风险，并采用标准化方法，以便更直观地了解热浪风险的特征：
式中HeatwaveRisk为热浪风险大小，取值范围为0 ~ 1；HWFrequency表示热浪频率；HWCseverity表示热浪严重程度。
（3）统计方法
利用基尼系数对1901 - 2020年四种热浪指标强度的时间不平等进行测度，并在空间网格上进行计算。
q值能更好地揭示热浪风险的内在驱动机制，比较了自变量的等间距、自然断点和标准差方法，以得到最优的空间离散化。数学表达式可表示为：
其中h = 1，…L；L为因变量Y或多个自变量X的分层；Nh是第h层；N为所有采样区域的个数；σ2h和σ2是这两个变量的方差；SSW和SST分别为整个采样区域的层内方差和总方差；而q值反映了自变量对应变量的解释程度。
PART.03
重要图表
PART.04
研究结论
根据对数据的分析和对研究结果的讨论，得出了以下结论：
（1）在研究的120年时间尺度上，热浪指标的强度特征稳步增加。随着干燥度的增加，基尼系数增大，强度特征的波动性增大。这一趋势在干旱地区更为突出，极端干旱地区的基尼系数最大，平均约为0.55。其空间分布在30°N以上表现为南北分异格局，分异幅度达0.9，时空变化趋势显著增加。1980年以来，湿润地区HWC显著高于旱地，且各热浪指标的波动率和突变概率均快速上升。
（2）1901 - 2020年热浪风险呈逐年增加趋势，其中MAM和DJF的热浪风险高于JJA和SON。欧洲、中亚、澳大利亚中部和北非热浪风险的空间趋势和多年平均值达到了0.056年−1的趋势值，湿润地区的热浪风险强度比干旱地区高7.7%。热浪的发生率也增加了近6倍。
（3）热浪风险的驱动机制表明，随着风险的增加，相应的PDSI和Srad也增加，而RH、WS和SM则呈下降趋势。此外，各地区影响因子的贡献也存在显著差异。其中，PDSI和Srad在旱地和湿润地区的贡献率较高，而RH、WS、SM和NDVI在旱地的贡献率较小。然而，这些因子的输入在湿润地区明显更高。综合分析表明，高温高风区通常伴有高压、高地压和反气旋异常。
PART.05
小编说
该文章题目为“Changes in Global Heatwave Risk and Its Drivers Over One Century”，于2024年发表在Earth's Future期刊，IF=7.3。
引用：Wang, C., Li, Z., Chen, Y., Li, Y., Ouyang, L., Zhu, J., et al. (2024). Changes in global heatwave risk and its drivers over one century. Earth's Future, 12, e2024EF004430. https://doi.org/10.1029/2024EF004430
文献声明
欢迎转载、转发本号发布的内容，可留言或后台联系小编进行授权。未经授权允许的，请勿在其他渠道或平台转载转发。文中部分来源于网络的图片，以及转述他人的内容，如涉及作品版权和其他问题，请留言联系小编处理。
本期编辑：肖文文
本期文案：肖文文
<<< END >>>
