中国农业大学资环学院气象系潘志华教授团队在全球热浪与陆气相互作用研究方面取得新进展

资源与环境学院气象系潘志华教授团队近日在《Nature》旗下期刊《npj气候和大气科学》（npj Climate and Atmospheric Science）在线发表研究论文《全球热浪发生频率增加与陆气相互作用密切相关》（Increasing global heatwave occurrence associated with land-atmosphere interactions）。该研究聚焦热浪发生前期的陆面水热状态，系统分析了土壤湿度和感热通量异常与全球热浪发生及其变化之间的关系。研究表明，土壤干燥—感热增强型陆气耦合状态是全球热浪最普遍的前期水热背景，深化了对热浪发生前期陆气相互作用的认识。博士生毕朋帅和陈翛为论文共同第一作者，潘志华教授为论文通讯作者。

近年来，全球热浪发生频率、持续时间和强度显著增加，对农业生产、生态系统和人类健康造成严重影响。热浪的发生受到大尺度气候变率、大气环流和陆气相互作用等多种过程的共同影响。当土壤水分不足时，地表蒸散受到抑制，更多能量以感热形式传递给近地层大气，进而加剧地表增温。然而，热浪发生前期的陆面水热状态及其与热浪发生之间的关系，仍缺乏全球尺度的系统研究。

研究团队基于1980—2022年ERA5再分析资料，分析了全球陆地区域暖季热浪发生前两天表层土壤湿度和感热通量的去趋势标准化异常，并根据二者异常的正负组合划分了四种陆面水热状态。其中，土壤湿度负异常、感热通量正异常的状态（NP状态）代表典型的土壤干燥—感热增强型陆气耦合状态。研究进一步将热浪发生最频繁的水热状态定义为“主导状态”，将热浪频率增长最快的水热状态定义为“增长状态”。

研究结果表明，1980—2022年全球绝大多数陆地区域的热浪活动明显增强。全球平均年热浪事件数每10年增加0.92次，年热浪日数每10年增加4.23天。与此同时，约63%的陆地区域同时表现出土壤湿度下降和感热通量增加。

图1 1980—2022年暖季热浪事件数、热浪日数、土壤湿度和感热通量的空间分布及变化趋势

研究在全球陆地格点上共识别约1608万次热浪事件，其中约54.23%发生在土壤湿度负异常、感热通量正异常的NP状态下。在全球93.41%的陆地区域，热浪在该状态下发生最为频繁；在69.53%的陆地区域，该状态下的热浪频率增长最快。与1980—2000年相比，2002—2022年NP状态下的热浪频率平均每个格点每10年增加5.21次，并在87.29%的陆地区域增至原来的两倍及以上；此外，近7%的陆地区域由其他水热状态转变为NP状态主导。

图2 四种水热状态下热浪发生频率的空间分布，以及主导状态和增长状态的空间分布和加权面积比例

此外，研究比较了四种水热状态主导区的多年平均气候条件及增长区的变化趋势，揭示了不同水热状态下地表能量与水分条件的差异。进一步分析表明，NP增长状态区总体表现为土壤湿度和潜热通量下降，感热通量、净辐射和土壤温度上升，且其土壤湿度下降和土壤温度升高幅度在四类增长状态区中最大。

图3 四种水热状态主导区的多年平均气候条件及增长区的变化趋势示意图

总体而言，研究揭示了热浪发生前期陆面水热状态与热浪发生之间的紧密联系，表明土壤湿度负异常、感热通量正异常的状态是全球热浪最普遍的前期水热背景。该研究深化了对热浪发生前期陆气耦合作用的认识，并为区域热浪风险预测和早期预警提供了新的科学依据。

论文得到国家重点研发计划项目(2023YFF0805703)的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41612-026-01356-1