中国大陆复合型热浪时空特征及其与城市热岛效应的交互作用研究

这篇研究首次系统揭示了中国大陆复合型热浪（CHW）的时空演变规律及其与城市热岛（UHI）的交互机制。基于1961-2021年2000余个气象站数据，发现CHW在热浪事件中占比显著上升（夜间最低温定义下增幅达31.4%），且城市化使南方城市CHW频率增幅达0.081事件/十年。研究创新性提出城市热岛强度（UHII）在CHW期间减弱的现象，并揭示其与降水减少、气压升高的关联性，为气候变化下的城市热风险防控提供了关键科学依据。

　　

引言

全球变暖背景下，热浪(HW)频率和强度持续攀升，2017年中国因热浪导致的经济损失高达613.04亿人民币。传统研究多关注孤立热浪事件，而本研究聚焦复合型热浪(CHW)——即被短暂凉期间隔的连续热浪事件，这类事件在气候变暖背景下更易形成热胁迫累积效应。

方法学创新

研究团队构建了包含2419个气象站的多维数据集（1961-2021），创新性采用动态城乡分类法：以2km半径内建成区占比≥33%定义城市站，并划分7个城市化阶段。针对CHW识别提出三重标准：①热浪阈值采用1961-1990年暖季温度的第90百分位（3种定义）；②要求至少3天热浪+≤3天凉期+后续3天热浪。

核心发现

1. CHW时空扩张特征

• •

  比例增长：CHW占热浪天数比例以0.016 decade^-1速率增长，最低温定义的CHW增幅最显著（31.4%），凸显夜间热环境恶化。

• •

  空间异质性：南方城市群（如珠三角、长三角）CHW频率增幅达0.399天/十年，而东北农村地区反呈微弱下降。

2. 城市化驱动机制

• •

  城乡分异：1990年后城市CHW频率增速较农村高89%（最小温定义），与我国快速城市化阶段高度吻合。

• •

  热记忆效应：凉期≤2天时城乡差异更显著，反映城市建材的热惯性延长了热胁迫持续时间。

3. UHI-CHW交互作用

• •

  整体抑制：大陆尺度上热浪期间UHII平均降低0.5°C，源于高压系统导致的降水减少（HW日降水1.1mm vs 凉期6.5mm）。

• •

  区域分化：湿润区（如20°-25°N）HW使UHII减弱，而干旱区（35°-40°N）反增1.4°C，与土壤水分调节的蒸发冷却机制有关。

• •

  动态过程：凉期UHII达最低值，因降水增强城市蒸发（45%凉期伴随降雨），短暂削弱城乡温差。

研究启示

该成果为理解复合型热胁迫提供了新视角：

1. 1.

   预警系统需纳入CHW评估指标，特别是夜间最低温监测；

2. 2.

   南方城市应优先实施降温策略（如增加蓝绿基础设施）；

3. 3.

   干旱区城市需警惕HW-UHI协同放大效应。

局限与展望

当前基于日均温的分析可能低估昼夜差异，未来需结合小时数据解析UHII的日变化规律。CESM等城市气候模型的引入，将有助于预测不同排放情景下的CHW演变趋势。