三种不同类型的复合干旱和热浪事件对全球人为气候变化的敏感性差异

《Weather and Climate Extremes》：Differential sensitivities of three types of compound drought and heatwave events to human-induced climate change across the globe

人类活动驱动的复合干旱热浪（CDHW）事件加剧，研究基于CMIP6多模型模拟，量化了1960-2014年温室气体、气溶胶和自然因素的强迫作用，发现温室气体主导CDHW频率和强度增加，其中土壤湿度型（CSDH）事件增幅最显著。未来至2100年，高排放情景（SSP5-8.5）下CDHW严重性将增长15.4%，人口暴露集中在热带和温带密集区

　　这项研究聚焦于复合干旱与热浪（CDHW）事件对生态系统、水资源安全和人类健康的影响。CDHW事件是指干旱与热浪同时或连续发生，其增强的热力与水文压力会显著加剧生态和社会风险。研究通过使用CMIP6多模型模拟，分析了人类活动对三种CDHW类型——基于降水的CMDH、基于径流的CHDH以及基于土壤湿度的CSDH的影响。研究期间为1960年至2014年，通过对温室气体（GHG）、气溶胶（aer）和自然（nat）三种强迫因素进行隔离分析，揭示了人类活动对CDHW事件频率和严重性的增强效应。

研究发现，温室气体强迫是全球CDHW事件加剧的主要驱动力，其中CSDH表现出最强且最一致的频率和严重性增强。气溶胶的影响则部分抵消了由变暖引发的增强趋势，尤其在季风地区更为显著。此外，通过可解释的机器学习方法，研究还发现温度是CDHW事件的主要驱动因素，而降水和蒸气压差（VPD）则在不同气候条件下发挥事件相关的作用。这些结果强调了温室气体在加剧CDHW事件中的主导地位，同时指出了气溶胶在某些区域的缓解作用。

从历史趋势来看，所有三种CDHW类型在1960年至2014年间均显示出显著的频率和严重性增加。其中，CSDH的频率和严重性增长尤为显著，特别是在地中海、南美洲北部、亚洲北部和非洲南部等地区，这些区域具有强烈的陆气耦合效应和较高的蒸发需求。相比之下，CHDH在北美和南美北部显示出更强的严重性增长，可能与森林蒸腾作用和径流动态有关。CMDH则在热带湿润地区如亚马逊和东南亚表现出更强的趋势，这些地区即使在深层水分储备未受到明显影响的情况下，也能迅速出现降水性干旱。时间序列分析表明，CDHW事件的频率和严重性在1985年之前相对稳定，随后逐渐上升，特别是在1995年之后增长更为显著。

研究还对CMIP6模型进行了验证，与ERA5-Land再分析数据相比，模型在捕捉CDHW事件的时空演变方面表现出较高的准确性。进一步的敏感性测试显示，热浪识别的时间窗口和干旱指标的时间尺度选择并未引入系统性偏差，表明模型结果具有较高的可靠性。通过比较历史、温室气体单独作用和气溶胶单独作用三种情景，研究发现温室气体的增强效应在大多数中纬度大陆地区尤为显著，而气溶胶的影响则在一定程度上削弱了这种增强趋势，尤其是在欧洲等地区，由于人为气溶胶排放导致的区域降温效应，可能缓解了复合干旱与热浪事件的频率和严重性。

研究还分析了CDHW事件在不同气候区的相对贡献。在寒冷和极地地区，干旱因素通常占主导地位，而在热带和干旱地区，热浪则起着更为关键的作用。温度作为普遍的主要驱动因素，其在所有三种CDHW类型中的影响尤为显著，特别是在温室气体强迫下。降水异常对CMDH和CSDH的影响更为突出，而VPD则对CHDH的影响更为显著，特别是在水分受限的环境中。这些发现表明，尽管温度是所有CDHW事件的核心驱动因素，但不同类型的CDHW对其他因素的敏感性存在差异，这与它们所依赖的干旱指标及其对应的水文过程密切相关。

未来情景分析表明，随着排放路径的加剧，CDHW事件的严重性将显著增加。在高排放情景（如SSP5-8.5）下，预计到2100年，CSDH的严重性将比历史基线增加超过30%，而CMDH和CHDH的严重性增长则相对较小。时间序列分析进一步揭示了不同排放路径下CDHW事件严重性的变化趋势，其中SSP1-2.6（低排放情景）下，CDHW的严重性增长相对缓慢，甚至在某些情况下趋于稳定。然而，SSP5-8.5（高排放情景）下，CDHW的严重性增长迅速，特别是在南欧、北亚、南美洲北部和北美西部地区。这些结果强调了排放路径在决定未来CDHW事件严重性和空间范围中的关键作用。

在人口暴露分析方面，研究发现，随着CDHW事件的加剧，受影响人口的数量将显著增加，尤其是在热带和温带地区。在SSP5-8.5情景下，CSDH的人口暴露率预计将在2100年达到历史基线的五倍以上，而CMDH和CHDH的暴露率则分别增长两倍和三倍。这种暴露趋势在人口密集的温带和热带地区尤为显著，显示出人类活动对复合极端事件的影响具有明显的空间异质性。这些结果表明，如果不采取积极的缓解和适应措施，全球范围内将有数十亿人口面临前所未有的复合极端风险。

研究还指出，CDHW事件的加剧不仅与气候变化的物理过程有关，还受到社会经济因素的显著影响。不同排放路径下，CDHW的频率和严重性变化呈现出明显的区域差异，这种差异源于不同地区的水文条件、植被覆盖以及人类活动对气候系统的反馈。例如，热带湿润地区由于水分供应充足，可能在一定程度上缓解CDHW事件的影响，而半干旱过渡带则因基线水文压力与增强的蒸发需求的结合，成为复合极端事件的高发区域。这些结果表明，未来的CDHW风险将呈现出显著的不均衡性，需要采取因地制宜的适应策略来应对。

此外，研究还探讨了CDHW事件的再现周期变化，以评估其发生频率的动态。在所有排放情景下，再现周期普遍缩短，意味着复合极端事件将变得更加频繁。特别是在高排放情景下，再现周期的缩短幅度显著增加，表明未来的复合干旱与热浪事件将更加频繁和强烈。这种趋势在CSDH中尤为明显，其再现周期的缩短反映了土壤水分亏缺与热力压力之间的协同作用。相比之下，CMDH和CHDH的再现周期变化则表现出更多的区域差异，这与它们所依赖的干旱指标及其影响因素有关。

总体而言，研究揭示了人类活动对CDHW事件的显著影响，尤其是在温室气体排放加剧的情况下，CSDH的频率和严重性增长最为显著。气溶胶的影响则在某些地区起到一定的缓解作用，但其作用有限。未来的情景分析进一步表明，如果不采取有效的减缓措施，CDHW事件的严重性将显著增加，尤其是在那些已经容易发生复合极端事件的地区。因此，研究强调了需要采取积极的减缓和适应策略，以应对CDHW事件带来的生态和社会风险。同时，研究也指出了当前分析的局限性，包括模型分辨率的不足以及对社会经济脆弱性的考量不够全面，未来的研究需要进一步整合这些因素，以提供更全面的风险评估。