今天小編分享的科學經驗：華北這麼熱，究竟怎麼回事？，歡迎閲讀。
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NO.2496- 華北超級高温
文字：風雲夢遠
校稿：辜漢膺 / 編輯：板栗
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最近兩個月，我國遭遇一波接一波的高温熱浪，長期不退且沒日沒夜的高温考驗着人們的生理極限。
從數據上看，今年上半年我國平均温度超過 35 ℃的天數達到 4.1 天，比常年同期多了 1.9 天，約等于翻倍了，達到 1961 年以來歷史同期之最。
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分區網域來看，華北、華東北部、華南西部、西南地區南部最為顯著。尤其是華北地區，高温天數達到驚人的9.8 天，比常年同期多了 5.2 天。
2023 年 1 月 1 日至 6 月 30 日全國高温日數距平分布圖
（圖：中國氣象局）▼
華北極端高温的直接原因
今年華北的高温集中在 6 月 14-17 日和 6 月 21-30 日。尤其是後者，簡直沒有最熱，只有更熱。北京湯河口（41.8 ℃）、天津大港（41.8 ℃）等 22 個站達到或突破了歷史極值。22-24 日，北京南郊觀象台連續三天氣温≥（大于等于）40 ℃，其中 22 日南郊觀象台最高氣温 41.1 ℃，是建國以來并列第 2 高值。
人要化了，真的頂不住
（圖：中央氣象台）▼
7 月初的高温也同樣極端，北京再度出現了 2 個 40 ℃以上的高温日。建國以來北京總共有 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 ℃很容易被全網讨論，而隔壁的河北城市，網上存在感就小很多，但他們的高温一點也沒少，沿太行山一線，自河北石家莊、邢台、邯鄲到河南安陽、新鄉、焦作，太行山東麓也出現了顯著高温熱浪，以 7 月 6 日的河北平山 43.7 ° C，7 日河北武安與河南林州的 43.3 ° C 最為突出。
太行山憑一己之力把高温擋在了外面
事實上，今年華北的高温既與厄爾尼諾、全球變暖有一定關聯，也和遠在大西洋的 "大氣異常活動" 聯系緊密，多重因素疊加，作用于華北上空的西風帶，造就了這個突破歷史極值的酷熱夏天。
該來的還是來了
（圖：wmo）▼
之前的文章中我們講過，中國南北方夏季高温的成因并不相同，長江流網域在梅雨季過後的伏旱，是西太平洋副熱帶高壓控制下的結果，而華北的高温熱浪集中在 6 月到 7 月上半月，主要是被西風帶波動形成的高壓脊或大陸異常高壓所控制。
比如去年的江西和湖南持續了數月的幹旱
就是環繞了整個北半球的副熱帶高壓帶造成的
我們以今年 6 月 22-25 日為例，從華北一直到黑龍江，都被異常的暖高壓所控制，包括京津在内的華北北部正是其中心地帶。在它的控制下，華北北部出現晴朗少雲的天氣，太陽輻射直接給低空加熱，加上高空大氣下沉增温，導致地面温度迅速上升，北京、天津雙雙突破 40 ℃，35 ℃以上的高温更是遍布華北大地。
此外，部分地區還被局地下墊面影響，比如城市熱島、背風坡下沉增温、河谷增温，都會讓局部氣温變得更高，體感上也更難忍受。
6 月 22 日 -25 日，對流層低層（850hPa）温度異常（填色，暖色為偏暖，冷色反之）和對流層中層（500hPa）高度場異常（填色）▼
而這個盤踞在華北上空的暖高壓，其實是西風帶上一個更大尺度的高壓脊的一部分，我們知道，西風帶并不總是平直的，當產生大幅波動的時候，就會形成一個高壓脊接着一個低壓槽。高壓脊控制的區網域就表現為大氣下沉、晴朗少雨的天氣。
500hPa 上的等高線及地轉風示意圖
（左圖為平直的西風帶，右圖為發生擾動後形成的槽脊）▼
6 月中下旬華北的的高温天氣就是拜高壓脊所賜
（6 月 15 日 500hPa 體感温度）▼
西風帶會不會大幅波動，一方面取決于極地和低緯度之間的温差，這一温差是西風帶得以形成的原動力，温差減弱就會形成波動。
一方面這種波動又需要一個 " 擾動源頭 "，當西風帶上某一區網域出現異常的高壓或低壓，就可以通過影響下遊環節，逐漸激發西風帶長波，進而改變天際線以外的遠方。這種現象通常叫做 "遙相關"。
西風帶長波產生的大槽大脊很大程度上決定了北半球的天氣
而短波則可以疊加在長波上造成槽和脊的加深或減弱▼
在北半球的中高緯度大氣，通常有北太平洋、北大西洋兩個最顯著的活動中心。而亞洲大陸天氣過程的那個 " 擾動源頭 "，往往就是從北大西洋一帶啓程，并沿着西風急流向東傳播。
急流是狹窄的強風帶，通常從西向東吹遍全球
（圖：NOAA）▼
為了能理解西風帶長波，以及西風帶内部上下遊之間的關聯，我們制作了下面這張圖。
它反映的是 6 月 22-25 日、500hPa 高度（約 9000 米高空）、不同地區對流層高層之間的 "遙相關"。
這其中暖色表示高壓異常，冷色表示低壓異常，箭頭則是西風帶長波的 "波作用通量"。
6 月 22-25 日 500hPa 流函數異常與波作用通量分析▼
從中可以看到，從北大西洋到東北亞，出現了一連串的異常中心，包括格陵蘭與冰島南側的異常低壓、歐洲的異常高壓、西西伯利亞的異常低壓，以及華北到鄂霍次克海一帶的異常高壓。
而箭頭表示的長波傳播則表明，北大西洋正是那個 " 擾動源頭 "，從這裏出發的長波，呈現出一條 " 先向東北再向東南 " 的弧形路徑，并最終導致華北異常暖高壓的形成。
厄爾尼諾的影響
以上是對今年高温事件直接原因的分析。但如果站在更廣闊的角度，今年全國頻繁的高温背後，還有更為重要的影響因素：包括正在發展中的厄爾尼諾事件，以及近一百多年來由人類活動主導的全球變暖。
此外，熱帶印度洋、熱帶外太平洋的海温、北極海冰的沉浮、歐亞大陸尤其是青藏高原的積雪消長，也都一定程度上影響着夏季華北乃至全國的氣候。
在全球變暖加持下的厄爾尼諾
一次次拉高全球温度的上限
挑戰着人類忍受的極限▼
那麼，今年的厄爾尼諾對華北高温到底有多大影響？
答案是，有一定影響，但存在很大的不确定性。
我們匯總了歷史上不同年份厄爾尼諾發展階段的 "夏季風場"，雖然厄爾尼諾不是影響風場的唯一因素，但只要樣本足夠多，這些樣本的共性就能愈發清晰地指明厄爾尼諾的影響。（就是下方那張合成圖）
将 1979 年以後厄爾尼諾發展期的 500hPa 風場圖加以合成，可以看出，東北亞一帶最突出的特征，就是盤踞在東北地區到日本海一帶的氣旋環流（藍框），以及貝加爾湖一帶一個較弱的反氣旋（紅框）。
厄爾尼諾事件發展年夏季
對流層中層（500hPa）風場異常合成▼
而華北則位于二者之間，一方面受到氣旋西側下沉氣流的影響，同時，夾在西側反氣旋和東側氣旋之間，會產生 "高空負渦度平流"，其結果就是晴朗少雨、大氣下沉、頻繁高温。
但由于多數厄爾尼諾事件要到冬季才達到鼎盛期，在發展年的夏季，強度還比較有限，響應的信号強度也較弱，所以只能解釋高温的一部抽成因。
在厄爾尼諾發展期夏季
我國大部分地區氣温都處于偏高的狀态▼
極端高温的終極 BOSS
相比于起起伏伏的厄爾尼諾和拉尼娜，藏在幕後的全球變暖才是最大的 BOSS，雖然全球變暖對于單獨的高温事件沒有必然作用，但最近數十年，越來越強、頻率越來越高的整體升温已經非常明顯。
除了平均氣温被拉高，偏離常态的極端氣温也顯著增強，既有極端高温也有極端低温，其中極端高温更加頻繁。
北半球夏季各站點氣温距平分布曲線
在不同年代的顯著變化▼
全球變暖和極端高温，關于兩者之間關聯機制的解釋有很多，其中認可度較高的一種認為，在氣候變化下，北極海冰大幅融化，而暴露出來的的海陸表面，比先前被冰面覆蓋時要暗得多，導致反照率下降，吸收了更多熱量，所以北極地區的升温，相比低緯度地區要更嚴重。
温度升高導致海冰融化
而海冰融化又促進了温度的升高
這樣的惡循環導致海冰融化得越來越快▼
2023 年冬季北極海冰低于平均水平
（圖：NASA）▼
這就直接導致極地和熱帶之間的温差縮小了。
前面我們就提到，極地與熱帶之間的温差是西風帶的原動力，正是這一温差驅動的風在地轉偏向力作用下，轉變為強勁的西風急流，如同一道天塹阻攔在極地和低緯度之間，讓南北兩側的氣團難以輕易逾越。
急流兩側温差越大急流越強
温差越小則急流越弱
（圖：eoas.ubc.ca）▼
當這一温差縮小時，西風急流便相應減弱，冷暖空氣南來北往的阻礙變小，更容易引發各處的極端天氣事件。這其中，就包含西風帶大幅波動形成的大槽大脊，這也是華北被高壓脊控制的重要氣候背景。
可以看出在過去 40 年間北極地區升温最為顯著
（圖：NASA）▼
西風急流的不同狀态與南北向熱量交換
總是會伴随着極端冷暖事件的發生
我們現在還無法精确預測未來内每一次高温熱浪過程的區網域、程度和持續時間。但可以明确的是，在這樣的氣候變化下，未來數十年間，這樣的極端高温只會越來越多，極端程度也越來越強，對人類生活甚至生存的威脅越來越顯著。
面對如此嚴峻的狀況，人類已沒有置身事外的選擇，唯有攜起手來，共同減少温室氣體的排放，以盡量減緩全球氣候變化的影響，但要做到這一點，又何其難矣。
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