揭示气候变化背景下复合热浪和极端海平面的时空动态

《Journal of Hydrology》：Unraveling the spatiotemporal dynamics of compound heatwaves and extreme sea levels in a changing climate

本研究利用ERA5再分析数据、GESLA观测数据及EURO-CORDEX区域气候模型模拟，分析欧洲沿海地区热浪后极端海平面（CHWESL）事件的发生频率、依赖关系及潜在指标。结果显示，CHWESL事件平均概率为22.6%，其中三分之二事件源于热浪与极端海平面间的依赖关系；近半数沿海地区事件频率增加，平均速率0.4次/十年。CHWESL事件平均气温较非后续事件高0.3°C，最大差异达4.7°C，低表面气压是关键指示因子。在中世纪高排放情景下，事件频率预计增加八倍，主要因热浪频率上升。该研究深化了对CHWESL事件当前及未来风险的认识，强调采取适应措施的重要性。

　　沿海地区正面临着极端气候事件带来的严峻挑战，这些事件不仅威胁着当地居民的生命安全，还对生态系统和社会经济活动造成深远影响。近年来，随着全球气候变化的加剧，极端高温和极端海平面事件的发生频率和强度都在不断上升，而这两类事件的叠加（即复合型热浪-极端海平面事件，CHWESL）则进一步放大了其破坏力。研究表明，这些复合事件的影响远超单一事件的叠加效应，对沿海地区的水资源、基础设施、公共健康以及生态环境构成多重威胁。因此，深入理解CHWESL事件的时空特征及其潜在影响机制，对于制定有效的适应和减缓策略至关重要。

欧洲拥有超过10万平方公里的海岸线，其沿海区域人口密集，社会经济活动频繁，因此特别容易受到极端气候事件的影响。根据最新发布的国际气候变化专门委员会（IPCC）报告，预计到2100年，全球平均海平面将因海洋变暖和冰川融化而上升约0.77米。这一趋势使得低海拔沿海地区面临更大的风险，极端海平面事件可能引发严重的沿海洪水，造成巨大的经济损失和人员伤亡。然而，极端海平面并非唯一威胁，热浪事件的频率和强度也在显著增加。热浪通常指连续三天以上出现高温天气的极端气候现象，近年来欧洲经历了多次破纪录的热浪事件，例如2003年夏季席卷整个欧洲的热浪，导致超过7万人死亡；以及2017年7月至8月期间地中海沿岸发生的“Lucifer”热浪，给当地应急医院带来了沉重的负担。

在这样的背景下，复合型极端事件（如热浪后紧随的极端海平面事件）因其对沿海地区造成的多重冲击而备受关注。这类事件的影响不仅限于单一的气候灾害，而是通过一系列连锁反应加剧了社会和生态系统的脆弱性。例如，热浪可能导致地表温度升高，削弱了沿海地区在极端海平面事件发生时的应对能力。高温环境可能使基础设施的运行效率下降，影响供水和排水系统的正常运作，从而加剧沿海洪水带来的危害。此外，热浪还会对动植物产生直接的热应激，可能引发后续的风暴天气和暴雨洪水，导致牲畜死亡、基础设施受损以及水质恶化等问题。

不仅如此，热浪还可能改变海洋和大气的相互作用，间接影响极端海平面事件的发生。例如，热浪期间低气压系统的增强可能促进风暴潮的形成，而风暴潮又可能进一步加剧沿海洪水的风险。这种由热浪引发的低气压变化，成为CHWESL事件发生的一个关键因素。研究发现，当热浪期间出现低地表气压时，CHWESL事件的发生概率显著增加。这表明，热浪和极端海平面事件之间的相互作用并非偶然，而是存在一定的物理机制，值得进一步探讨。

为了全面评估CHWESL事件的频率、依赖关系及其潜在影响，本研究采用了多种数据来源和分析方法。首先，研究团队利用ECMWF ERA5再分析数据，结合GESLA观测数据和EURO-CORDEX区域气候模型模拟结果，对1979年至2017年间欧洲沿海地区的CHWESL事件进行了系统分析。通过这些数据，研究人员能够准确识别热浪和极端海平面事件，并进一步分析它们之间的时空关联性。研究结果显示，CHWESL事件的发生概率平均为22.6%，其中三分之二的事件是由热浪与极端海平面之间的依赖关系引起的。这种依赖关系通过基于重采样的显著性检验得到了验证，表明热浪和极端海平面事件之间存在显著的协同作用。

此外，研究还发现，近一半的欧洲沿海地区在过去几十年中经历了CHWESL事件频率的显著上升，平均增长率为每十年0.4次。这一趋势表明，随着全球变暖的持续，CHWESL事件的频率可能会进一步增加。值得注意的是，CHWESL事件的平均气温比单纯的热浪事件高出0.3°C，某些情况下甚至可达4.7°C。这说明，当热浪与极端海平面事件同时发生时，其整体影响更为严重，不仅气温异常升高，还伴随着海平面的剧烈波动，增加了灾害的复杂性和不确定性。

研究团队还对未来几十年CHWESL事件的变化趋势进行了预测。在高排放情景（SSP585）下，预计到本世纪中叶（2042–2070年），CHWESL事件的频率将比历史时期增加八倍。这一预测主要基于热浪频率的上升趋势，因为热浪的增加会进一步促进CHWESL事件的发生。然而，这一趋势并非均匀分布在整个欧洲沿海地区，某些区域的气候变化可能更为剧烈，从而导致CHWESL事件的频率和强度显著上升。

本研究的意义在于，它不仅揭示了CHWESL事件的时空分布特征，还探讨了其背后的物理机制。通过分析热浪与极端海平面之间的相互作用，研究人员能够更好地理解这些复合事件如何在不同气候条件下演变，并为沿海地区的灾害风险管理提供科学依据。此外，研究还强调了适应措施的重要性，尤其是在应对日益频繁的复合极端事件时，如何提高社会和生态系统的韧性，成为未来研究和政策制定的关键方向。

尽管已有大量研究分别探讨了热浪和极端海平面事件，但对两者的复合效应及其动态演变仍缺乏系统分析。本研究填补了这一知识空白，为理解气候变化背景下复合极端事件的形成机制和影响提供了新的视角。研究结果表明，热浪和极端海平面事件之间的相互作用可能比人们预想的更为复杂，其影响范围也远超单一事件的范畴。因此，未来的气候适应策略需要更加注重对复合事件的识别和应对，以降低其对沿海地区造成的潜在危害。

在实际应用层面，本研究的成果可以为沿海城市的规划和管理提供重要参考。例如，城市在设计防洪系统时，除了考虑极端海平面事件本身，还应评估热浪事件对这些系统可能产生的影响。高温天气可能导致排水系统效率下降，从而加剧沿海洪水的风险。此外，热浪还可能影响人们的健康状况，降低其在极端海平面事件发生时的应急响应能力。因此，制定综合性的气候适应措施，包括加强基础设施建设、提高公众的气候意识以及优化应急响应机制，是应对CHWESL事件的重要手段。

另一方面，本研究也对气候变化的未来趋势进行了预测，指出在高排放情景下，CHWESL事件的频率将显著增加。这一预测为政策制定者提供了重要的决策依据，促使他们采取更加积极的措施来应对潜在的气候风险。例如，政府可以加大对沿海地区的投资，建设更具韧性的防洪设施，同时推动气候适应性规划，以减少未来可能发生的复合极端事件带来的损失。

在方法论上，本研究采用了多种数据来源和分析技术，确保了研究结果的科学性和可靠性。再分析数据提供了过去几十年的气候背景，而观测数据和区域气候模型模拟则有助于验证和预测未来的变化趋势。此外，基于重采样的显著性检验方法被用于确认热浪与极端海平面事件之间的依赖关系，这种方法不仅提高了研究的准确性，还增强了其在不同气候条件下的适用性。

总之，本研究为理解CHWESL事件的形成机制和影响提供了新的视角，揭示了这些复合事件对沿海地区构成的多重威胁。通过分析过去和未来的数据，研究人员不仅描绘了CHWESL事件的时空分布特征，还指出了其在不同气候情景下的演变趋势。这些发现对于制定科学合理的气候适应策略、提升沿海地区的韧性以及减少复合极端事件带来的损失具有重要意义。未来的研究应进一步探讨这些复合事件的具体影响路径，以及如何在不同地区实施有效的适应措施，以应对全球变暖带来的挑战。