热浪对全球生态系统和人类健康构成广泛威胁，而持续时间长的超级热浪事件进一步加剧了其负面影响。2022年夏季，中国长江流域发生了破纪录的超级热浪事件，近10亿人受到高温以及热浪引发的能源危机影响，引起了学界和社会的广泛关注。已有的研究将该事件归因于中纬度大气环流、热带海气耦合、局地陆气反馈过程等的影响，对不同动力和辐射过程的综合定量归因的研究较为缺乏。

我实验室海洋-陆地-大气相互作用与全球效应创新团队研究表明，由于热浪受温度、湿度等多种因素共同影响，从大气总能量角度定义热浪更有优势。对于2022年中国长江流域热浪，大气总能量的演变和温度相似，可以从总能量的角度定义热浪的生命史（发展、成熟和衰减）。进一步，我们构建了基于物理过程的能量学定量归因框架，从局地能量收支的角度对这次超级热浪事件的演变进行定量归因分析。结果表明：与云相关的辐射过程（地表加热）和大气水平输送（暖平流）在热浪发展阶段起主导作用；陆气耦合过程（湍流热通量）和大气垂直输送（下沉气流）为热浪的维持提供主要能量来源；大气水平输送（冷平流）终止了此次热浪事件（图1-2）。值得注意的是人为气溶胶的减少有利于增强2022年超级热浪，这可能与中国自2013年以来实施的一系列空气污染治理和减排措施有关。

图1  2022年夏季中国长江流域热浪的定量归因。不同辐射和动力过程对（a）陆面和（c）大气总能量趋势（黑色实线）的定量贡献。不同辐射过程对（c）陆面和（d）大气总能量趋势的定量贡献。

“RAD”，“LH”，“SH”，“H_adv”，“V_adv”，“SR”，“O3”，“AL”，“T”，“WV”，“CLD”，“AER”，“RES”分别代表总辐射、潜热通量、感热通量、大气水平输送、大气垂直输送、太阳辐射、臭氧、地表反照率、温度反馈、水汽、云、气溶胶过程和余项。黄、红、蓝背景色分别表示热浪发展、成熟、衰减阶段。

图2  2022年夏季中国长江流域热浪发展、成熟、衰减阶段能量收支示意图。“RAD”，“SW”，“LW”，“LH”，“SH”，“H_adv”，“V_adv”，“Es_tend”，“E_tend” 分别代表总辐射、短波辐射、长波辐射、潜热通量、感热通量、大气水平输送、大气垂直输送、地表和大气的总能量趋势。

为了寻找数值模式对于本次超级热浪事件的次季节预测缺陷，基于该能量学框架，我们直接对比观测和模式的不同物理过程的定量贡献（图3），针对NCEP CFSv2模式的次季节可预测性进行了初步探索：模式对2022年中国长江流域热浪衰减阶段预报技巧较低，归因于大气动力、陆气耦合和水循环过程的预报有较大偏差。

图3  模式和观测对比。热浪发展（实心）和衰减（空心）阶段观测（橙色）和NCEP CFSv2模式（蓝色）中不同辐射和动力过程对（a）陆面和（c）大气总能量趋势的定量贡献。不同辐射过程对（c）陆面和（d）大气总能量趋势的定量贡献。

研究成果于2023年10月在国际著名期刊npj Climate and Atmospheric Science上发表，题目为“An energetics tale of the 2022 mega-heatwave over central-eastern China”。团队成员张团团副教授为文章第一作者，创新团队首席科学家杨崧教授和核心成员戴永久院士为文章的共同作者。该研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金和南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41612-023-00490-4