Environ. Res. Lett. |夏季快速变暖条件下土壤水分-大气耦合加剧东亚内陆极端高温变化

文摘   2024-12-24 12:59   荷兰  
DOI:10.1088/1748-9326/ad95a1
东亚内陆地区 (IEA) 是全球草原生态系统的重要组成部分,近几十年来,该地区极端地表气温的上升速度比夏季平均气温更快(2001-2020 年,相对于 1971-1990 年)。这种过度高温极端变暖 (EHEW) 在东亚内陆地区尤为明显,那里极端高温的上升速度是夏季平均变暖的两倍,而夏季平均变暖本身已经是全球陆地变暖的三倍多。基于拉格朗日温度异常方程,对东亚内陆地区炎热天气下气流后向轨迹的定量分析表明,观测到的 EHEW 主要归因于非绝热加热的增加,这种加热主要发生在炎热天气前 2 天。同时,易受高温影响的天气尺度环流的变化对过度变暖的影响有限。伊维萨岛内的土壤干燥似乎是导致非绝热加热增加的一个关键因素,因为它通过土壤水分-大气耦合限制了蒸发并增强了敏感热通量,从而引发了正的土壤水分-温度反馈。我们的分析强调了当地土壤水分不足对加剧极端高温的重大影响。紧急实施草地和牲畜管理战略,加上干旱缓解措施,对于适应和生态系统保护至关重要。

图 1.  (a)夏季(6-7-8 月)平均每日最高地表气温(Tmax;℃)异常的时间序列,相对于 1950-2020 年东亚内陆(IEA;红色实线)和全球陆地(蓝色实线)的气候特征。红色虚线和蓝色虚线分别是 1971-1990 年(P1)和 2001-2020 年(P2)IEA 和全球陆地夏季 Tmax 的气候特征。灰色阴影突出显示了这两个时期。2001-2020 年与 1971-1990 年之间(b)夏季 Tmax 和(c)炎热天气每日最高地表气温(TX90p)差异的空间模式,以及(d)它们的差异(过度高温-极端变暖)。黑点表示根据学生t检验在 0.05 水平上统计显著的值。 (b)中的黑色矩形代表IEA(北纬45°-55°,东经90°-125°)。

图 2.  (a) 1971-1990 年和 2001-2020 年炎热天气在近地面水平发起的 12 天后向轨迹的聚类平均回归曲线,以聚类平均气压 (hPa) 为阴影。曲线上的标记表示第 −3、−6 和 −9 天的位置。括号中的黑色数字是 1971-1990 年和 2001-2020 年的走廊频率。红色 (蓝色) 数字表示走廊的综合 TX90p 异常比所有炎热天气的异常更暖 (更冷)。(b) 沿每个走廊的气压随时间演变。x表示距离炎热天气的时间 (天)。
图 3.  (a) 2001-2020 年和 1971-1990 年夏季 850 hPa 水平风 (ms −1,矢量) 和 500 hPa 位势高度 (gpm,阴影) 差异的空间模式。黑点标记高度变化超过 0.05 显着性水平的值。 (b) 每个走廊的 TX90p 异常 (红色) 和频率 (黑色) 的变化。 (c) TX90p 异常的变化 (几乎与 EHEW 相同),以及走廊频率变化、走廊 TX90p 异常的变化及其相互作用的贡献。 (d) 1971-1990 年(浅色条)和 2001-2020 年(深色条)期间由平流过程、绝热加热和非绝热加热引起的 TX90p 异常及其分量,以及 (e) 它们的差异。阴影条表示沿从第 -2 天到第 0 天平均的轨迹的非绝热加热。(e) 中的彩色条和灰色条分别表示没有和有走廊频率变化影响的结果。
图 4. (a) 2001-2020 年与 1971-1990 年夏季土壤湿度(m 3 m –3 ) 差异的空间模式。(b) 2001-2020 年与 1971-1990 年之间炎热天气期间土壤湿度的变化。(c) 蒸发分数沿轨迹变化的时间演变。实线和虚线分别表示没有和有走廊频率变化影响的结果。(d) 从第 -2 天到第 0 天平均的轨迹上感热通量的变化,其中包括总表面热通量(10 −5 W m −2)的变化、蒸发分数的变化及其相互作用。彩色条表示没有走廊频率变化影响的结果,而灰色条表示包括这种影响。

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