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微信公众号：地球知识局
NO.2496-华北超级高温
文字：风云梦远
 校稿：辜汉膺 / 编辑：板栗
写在开头
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最近两个月，我国遭遇一波接一波的
高温热浪
，
长期不退
且没日没夜的高温考验着人们的生理极限。

从数据上看，今年上半年我国平均温度超过35℃的天数达到4.1天，比常年同期多了1.9天，约等于翻倍了，达到1961年以来历史同期之最。
▼
分区域来看，华北、华东北部、华南西部、西南地区南部最为显著。尤其是华北地区，高温天数达到惊人的9.8天，比常年同期多了5.2天。
2023年1月1日至6月30日全国高温日数距平分布图
（图：中国气象局）▼
华北极端高温的直接原因
今年华北的高温集中在6月14-17日和6月21-30日。尤其是后者，简直没有最热，只有更热。北京汤河口（41.8℃）、天津大港（41.8℃）等22个站达到或突破了历史极值。22-24日，北京南郊观象台连续三天气温≥（大于等于）40℃，其中22日南郊观象台最高气温41.1℃，是建国以来并列第2高值。
人要化了，真的顶不住
（图：中央气象台）▼
7月初的高温也同样极端，北京再度出现了2个40℃以上的高温日。建国以来北京总共有11天40℃以上的高温，今年至今有5天，占比接近一半。
北京突破40℃很容易被全网讨论，而隔壁的河北城市，网上存在感就小很多，但他们的高温一点也没少，沿太行山一线，自河北石家庄、邢台、邯郸到河南安阳、新乡、焦作，太行山东麓也出现了显著高温热浪，以7月6日的河北平山43.7°C，7日河北武安与河南林州的43.3°C最为突出。
太行山凭一己之力把高温挡在了外面
（图：中央气象台）▼
事实上，今年华北的高温既与厄尔尼诺、全球变暖有一定关联，也和远在大西洋的“大气异常活动”联系紧密，多重因素叠加，作用于华北上空的西风带，造就了这个突破历史极值的酷热夏天。
该来的还是来了
（图：wmo）▼
之前的文章中我们讲过，中国南北方夏季高温的成因并不相同，长江流域在梅雨季过后的伏旱，是西太平洋副热带高压控制下的结果，而华北的高温热浪集中在6月到7月上半月，主要是被西风带波动形成的高压脊或大陆异常高压所控制。
比如去年的江西和湖南持续了数月的干旱
就是环绕了整个北半球的副热带高压带造成的
（图：中央气象台）▼
我们以今年6月22-25日为例，从华北一直到黑龙江，都被异常的暖高压所控制，包括京津在内的华北北部正是其中心地带。在它的控制下，华北北部出现晴朗少云的天气，太阳辐射直接给低空加热，加上高空大气下沉增温，导致地面温度迅速上升，北京、天津双双突破40℃，35℃以上的高温更是遍布华北大地。
此外，部分地区还被局地下垫面影响，比如城市热岛、背风坡下沉增温、河谷增温，都会让局部气温变得更高，体感上也更难忍受。
6月22日-25日，对流层低层（850hPa）温度异常（填色，暖色为偏暖，冷色反之）和对流层中层（500hPa）高度场异常（填色）▼
而这个盘踞在华北上空的暖高压，其实是西风带上一个更大尺度的高压脊的一部分，我们知道，西风带并不总是平直的，当产生大幅波动的时候，就会形成一个高压脊接着一个低压槽。高压脊控制的区域就表现为大气下沉、晴朗少雨的天气。
500hPa上的等高线及地转风示意图
（左图为平直的西风带，右图为发生扰动后形成的槽脊）▼
6月中下旬华北的的高温天气就是拜高压脊所赐
（6月15日 500hPa 体感温度）▼
西风带会不会大幅波动，一方面取决于极地和低纬度之间的温差，这一温差是西风带得以形成的原动力，温差减弱就会形成波动。
一方面这种波动又需要一个“扰动源头“，当西风带上某一区域出现异常的高压或低压，就可以通过影响下游环节，逐渐激发西风带长波，进而改变天际线以外的远方。这种现象通常叫做“遥相关”。
西风带长波产生的大槽大脊很大程度上决定了北半球的天气
而短波则可以叠加在长波上造成槽和脊的加深或减弱▼
在北半球的中高纬度大气，通常有北太平洋、北大西洋两个最显著的活动中心。而亚洲大陆天气过程的那个“扰动源头”，往往就是从北大西洋一带启程，并沿着西风急流向东传播。
急流是狭窄的强风带，通常从西向东吹遍全球
（图：NOAA）▼
为了能理解西风带长波，以及西风带内部上下游之间的关联，我们制作了下面这张图。
它反映的是6月22-25日、500hPa高度（约9000米高空）、不同地区对流层高层之间的“遥相关”。
这其中暖色表示高压异常，冷色表示低压异常，箭头则是西风带长波的“波作用通量”。
6月22-25日500hPa流函数异常与波作用通量分析▼
从中可以看到，从北大西洋到东北亚，出现了一连串的异常中心，包括格陵兰与冰岛南侧的异常低压、欧洲的异常高压、西西伯利亚的异常低压，以及华北到鄂霍次克海一带的异常高压。
而箭头表示的长波传播则表明，北大西洋正是那个“扰动源头”，从这里出发的长波，呈现出一条“先向东北再向东南”的弧形路径，并最终导致华北异常暖高压的形成。
6月22-25日500hPa流函数异常与波作用通量分析▼
厄尔尼诺的影响
以上是对今年高温事件直接原因的分析。但如果站在更广阔的角度，今年全国频繁的高温背后，还有更为重要的影响因素：包括正在发展中的厄尔尼诺事件，以及近一百多年来由人类活动主导的全球变暖。
此外，热带印度洋、热带外太平洋的海温、北极海冰的沉浮、欧亚大陆尤其是青藏高原的积雪消长，也都一定程度上影响着夏季华北乃至全国的气候。
在全球变暖加持下的厄尔尼诺
一次次拉高全球温度的上限
挑战着人类忍受的极限▼
那么，今年的厄尔尼诺对华北高温到底有多大影响？
答案是，有一定影响，但存在很大的不确定性。
我们汇总了历史上不同年份厄尔尼诺发展阶段的“夏季风场”，虽然厄尔尼诺不是影响风场的唯一因素，但只要样本足够多，这些样本的共性就能愈发清晰地指明厄尔尼诺的影响。（就是下方那张合成图）
将1979年以后厄尔尼诺发展期的500hPa风场图加以合成，可以看出，东北亚一带最突出的特征，就是盘踞在东北地区到日本海一带的气旋环流（蓝框），以及贝加尔湖一带一个较弱的反气旋（红框）。
厄尔尼诺事件发展年夏季
对流层中层（500hPa）风场异常合成▼
而华北则位于二者之间，一方面受到气旋西侧下沉气流的影响，同时，夹在西侧反气旋和东侧气旋之间，会产生“高空负涡度平流”，其结果就是晴朗少雨、大气下沉、频繁高温。
但由于多数厄尔尼诺事件要到冬季才达到鼎盛期，在发展年的夏季，强度还比较有限，响应的信号强度也较弱，所以只能解释高温的一部分成因。
在厄尔尼诺发展期夏季
我国大部分地区气温都处于偏高的状态▼

极端高温的终极BOSS
相比于起起伏伏的厄尔尼诺和拉尼娜，藏在幕后的全球变暖才是最大的BOSS，虽然全球变暖对于单独的高温事件没有必然作用，但最近数十年，越来越强、频率越来越高的整体升温已经非常明显。
除了平均气温被拉高，偏离常态的极端气温也显著增强，既有极端高温也有极端低温，其中极端高温更加频繁。
北半球夏季各站点气温距平分布曲线
在不同年代的显著变化▼
全球变暖和极端高温，关于两者之间关联机制的解释有很多，其中认可度较高的一种认为，在气候变化下，北极海冰大幅融化，而暴露出来的的海陆表面，比先前被冰面覆盖时要暗得多，导致反照率下降，吸收了更多热量，所以北极地区的升温，相比低纬度地区要更严重。
温度升高导致海冰融化
而海冰融化又促进了温度的升高
这样的恶循环导致海冰融化得越来越快▼
2023 年冬季北极海冰低于平均水平
（图：NASA）▼
这就直接导致极地和热带之间的温差缩小了。
前面我们就提到，极地与热带之间的温差是西风带的原动力，正是这一温差驱动的风在地转偏向力作用下，转变为强劲的西风急流，如同一道天堑阻拦在极地和低纬度之间，让南北两侧的气团难以轻易逾越。
急流两侧温差越大急流越强
温差越小则急流越弱
（图：eoas.ubc.ca）▼
当这一温差缩小时，西风急流便相应减弱，冷暖空气南来北往的阻碍变小，更容易引发各处的极端天气事件。这其中，就包含西风带大幅波动形成的大槽大脊，这也是华北被高压脊控制的重要气候背景。
可以看出在过去40年间北极地区升温最为显著
（图：NASA）▼
西风急流的不同状态与南北向热量交换
总是会伴随着极端冷暖事件的发生
（图：NOAA）▼
我们现在还无法精确预测未来内每一次高温热浪过程的区域、程度和持续时间。但可以明确的是，在这样的气候变化下，未来数十年间，这样的极端高温只会越来越多，极端程度也越来越强，对人类生活甚至生存的威胁越来越显著。
面对如此严峻的状况，人类已没有置身事外的选择，唯有携起手来，共同减少温室气体的排放，以尽量减缓全球气候变化的影响，但要做到这一点，又何其难矣。
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