北京师范大学地理科学学部段建平团队在《自然·通讯》发文揭示空间共发季节性极端暖事件的过去千年演变
文章导读
当全球变暖不断刷新纪录，季节性极端暖事件早已不再局限于单一区域，而是跨区域同步爆发，对粮食生产、能源系统和生态环境形成更大范围的冲击。但长期以来，用平均气温异常幅度或破阈值面积衡量极端性，结论有时大相径庭。北京师范大学段建平团队在《自然·通讯》发表研究，构建融合时空二维属性的极端性指数EI，融合观测、古气候再分析与气候模式数据，揭示公元850年以来全球共发季节性极端暖事件的演变。结果显示，自20世纪70年代以来，其极端性在四季均快速增强，明显超出工业化前自然变率范围，近期的极端性在多套过去千年气温数据中均显示为史无前例，检测归因指向人为排放的温室气体。研究还发现，赤道地区因气温变率小，在相同变暖背景下更易突破阈值，贡献更为突出。当极端暖事件的空间同步性持续上升，我们该如何重新理解全球性气候风险的边界？
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近日，北京师范大学地理科学学部教授段建平团队在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊发表了题为“Recent globally synchronous seasonal warm events unprecedented since 850 CE”的研究论文。研究分析了全球陆地过去千年空间共发季节性极端暖事件极端性的演变，揭示了自20世纪70年代以来，季节性极端暖事件的极端性不断加剧，已明显超出自然变率范围，达到了过去千年前所未有的强度。该变化主要由人为排放的温室气体驱动。
在全球变暖背景下，季节性极端暖事件表现出多区域共发的特征。与局地极端暖事件相比，多区域共发的季节性极端暖事件会在更大范围内同步影响粮食生产、能源系统和生态环境。准确刻画这类事件的极端性并揭示其长时间尺度的演变特征，对深入认识全球性极端暖事件的演变及其潜在影响具有重要意义。以往关于全球性极端暖事件的研究常使用全球陆地平均气温异常幅度或破阈值的陆地面积来衡量其极端性。然而，本研究表明，基于这两个指标衡量的极端性有时存在较大分歧。如图1所示，1968/69年和1985/86年12-2月（DJF）极端暖事件突破定义阈值的全球共发面积均约为24%，但两者的陆地平均气温异常幅度相差1.26℃。类似地，对于异常幅度相近的事件，其破阈值面积也会相差甚远（如图1d, e）。
图1 全球陆地平均气温异常幅度和破阈值面积间的分歧。DJF表示12-2月，JJA表示6-8月，SAT表示地表气温，RTEA表示破阈值面积，EI表示极端性指数
为此，本研究首先在识别破阈值格点的基础上，对逐格点的气温异常幅度进行归一化，进而进行破阈值陆地面积加权平均，构建了融合时空二维本质属性的极端性指数EI（Extremity Index），来衡量全球共发极端暖事件的极端程度。基于构建的EI指数，研究团队融合观测、古气候再分析和气候模式模拟多源气温数据，揭示了公元850年以来全球共发季节极端暖事件极端性的长期演变。研究结果表明，自20世纪70年代以来，全球共发季节极端暖事件的极端性在四季均呈现快速增强趋势，明显超出工业化前自然变率的范围，近期的极端性在多套过去千年气温数据中均显示为史无前例的强度（图2）。检测归因分析结果表明，近几十年全球共发季节性极端高温事件极端性的异常增强，是由人类活动排放的温室气体所驱动。值得指出的是，空间分析还揭示了共发事件极端性在不同纬度上的贡献差异：中高纬度地区因其气温年际变率大，虽大幅增温，但突破阈值的频次也受限，赤道地区则因气温变率小，在相同变暖背景下更易突破阈值，贡献更为突出。
图2 基于多源数据揭示的公元850年以来12-2月（DJF）和6-8月（JJA）全球陆地共发极端暖事件极端性（EI）的长期演变
该成果是段建平团队在前期对青藏高原区域性极端温度事件研究的基础上，进一步向全球尺度拓展的探索。段建平为该论文的第一作者兼通讯作者，郝凤麒、周艺瑄为共同第一作者，博士生王安琪、陈少腾、北京师范大学教授效存德、瑞典斯德哥尔摩大学教授Fredrik Charpentier Ljungqvist、英国雷丁大学博士Buwen Dong、德国吉森大学教授Jürg Luterbacher、英国气象局哈德莱中心博士Peter A. Stott及意大利欧洲-地中海气候变化中心博士Elena Xoplaki参与了此项研究。
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