《Environmental Science: Advances》：Intensified heat stress across Odisha, Bihar, Uttar Pradesh, and Jharkhand during cyclone BiparjoyOpen Access
编辑推荐：
热带气旋（Tropical Cyclones, TCs）与热浪（heatwaves）是最严重的天气极端事件之一，然而二者通常被孤立研究，其并发影响至今仍知之甚少。本研究分析了2023年6月6日至19日期间发展于阿拉伯海（Arabian Sea, AS）的气旋B
热带气旋（Tropical Cyclones, TCs）与热浪（heatwaves）是最严重的天气极端事件之一，然而二者通常被孤立研究，其并发影响至今仍知之甚少。本研究分析了2023年6月6日至19日期间发展于阿拉伯海（Arabian Sea, AS）的气旋Biparjoy与印度东部同步加剧的热浪条件之间的耦合影响。热应激（heat stress）采用通用热气候指数（Universal Thermal Climate Index, UTCI）进行量化，数据来源于印度气象局（India Meteorological Department, IMD）、ERA5及IMDAA再分析资料。在气旋整个生命史期间，印度东部出现了显著的热应激，最高温度超过40 °C。其中，比哈尔邦（Bihar）和奥里萨邦（Odisha）经历了严重且持续的热浪条件，而北方邦（Uttar Pradesh）和贾坎德邦（Jharkhand）则记录了较短且更为局地的热浪过程。基于500 hPa相对涡度识别出的该区域反气旋脊在6月12日至20日期间增强至气旋前值的约四倍。这一增强归因于受抑制的天气尺度环境，区域上空中层对流层下沉持续至6月18日，同时整层水汽通量维持净辐散，区域平均降水量相较于气候态的每日2–7毫米接近于零。因此，地表蒸发在边界层内累积而缺乏降水汇，使850 hPa比湿由约9 g kg?1升至13 g kg?1，同时最高温度超出气候态6–7 °C。与2021年及2022年6月相比，2023年6月16–19日期间该区域的垂直热量平流和净地表热通量分别为前两年数值的2.3倍和1.6倍，而水平平流表现为冷却而非增暖。6月17–18日每日最大UTCI达到43–44 °C。然而，850 hPa相对湿度仍较2021–2022年平均值低15–29%，因此该热应激源于温度与辐射负荷，而非湿热。上述条件于6月19–20日随该区域季风降雨的来临而逆转，季风到来较正常情况延迟约一周。
论文解读
一、研究背景与科学问题
热浪与热带气旋是两类最具破坏力的极端天气事件。在全球变暖背景下，印度的热浪发生频率、持续时间和强度均显著上升，热浪已成为该国过去五十年中致死率第二高的极端事件。与此同时，北印度洋尤其是阿拉伯海的气旋活动也呈现增强趋势，自2000年代初以来阿拉伯海气旋风暴频率增加约50%，强至极强气旋的发生率增加100%至150%。然而，以往研究多将热浪与气旋作为独立现象分别考察，对二者并发及其相互作用的认识十分有限。尽管已有研究关注孟加拉湾气旋对印度西北部热浪的加剧作用，但阿拉伯海气旋对印度东部及中部热浪的影响鲜有量化分析。2023年6月6日至19日，阿拉伯海生成并维持了生命史长达约13天的极强气旋风暴Biparjoy，同期印度东部的比哈尔邦、奥里萨邦、北方邦和贾坎德邦出现了严重热浪。这一并发事件为揭示气旋与热浪之间的耦合机制提供了难得的天然实验案例。研究人员以此为契机，系统考察了阿拉伯海气旋通过大尺度动力调整对远离登陆点的内陆热环境的远程影响，填补了复合极端事件研究中关于阿拉伯海气旋与印度东部热浪相互作用的关键空白。
二、研究内容与主要结论
研究人员以2023年6月气旋Biparjoy为研究对象，聚焦印度东部18–28°N、80–87°E范围内涵盖奥里萨邦、贾坎德邦、比哈尔邦及北方邦部分区域的四个邦，系统分析了气旋生命史期间热浪的时空演变及其动力热力机制。研究发现，在气旋登陆前的6月8日至15日，奥里萨邦即出现热浪；气旋登陆后的6月16日至18日，该邦升级为严重热浪。贾坎德邦于6月14日至19日记录热浪，比哈尔邦于6月16日至19日出现热浪，北方邦则分别在6月13日及17日至19日经历多次热浪过程。四个邦最严重的热状况均出现在6月16日至19日，即气旋于6月15日在古吉拉特邦索拉什特拉-卡奇地区登陆之后，而非气旋在海洋上达到峰值强度期间。这一时间特征表明，印度东部的热浪加剧并非气旋环流的直接响应，而是气旋存在期间该区域持续受抑制的大气环境累积效应的结果。
在动力机制方面，研究人员通过分析500 hPa相对涡度与位势高度发现，气旋发展前研究区域仅存在弱的反气旋特征，相对涡度均值为?0.39×10?5 s?1。随着气旋在阿拉伯海发展并北移，研究区域上空的反气旋脊逐步建立并增强，在气旋登陆后的6月16日至20日达到最强，区域平均相对涡度达?1.59×10?5 s?1，约为气旋前值的四倍。该反气旋脊伴随持续的中层下沉运动，500 hPa垂直速度在6月16日达到+0.040 Pa s?1的峰值，500 hPa相对湿度在6月18日前始终低于50%，区域平均射出长波辐射维持在267–290 W m?2，表明深对流完全缺失，200 hPa散度在6月20日前始终微弱或缺失。上述特征共同构成一个持续受抑制的天气尺度环境，使研究区域在气旋生命史期间始终处于晴朗、干燥、下沉的状态。
在水汽与能量收支方面，研究人员发现850 hPa比湿从6月1日的约9.2 g kg?1持续上升至6月19日的13.4 g kg?1，增幅约45%。然而，整层水汽通量散度在6月1日至16日期间以正值为主，表明区域在比湿上升期间整体处于水汽净输出状态，排除了外部水汽输送的贡献。同期区域降水量相较于气候态每日2–7毫米几乎为零，不存在降水汇。地表潜热通量维持在95–105 W m?2，相当于每日约3.5毫米的蒸发量，在截至6月18日的十八天内累计约60毫米的蒸发水汽在无降水消耗的情况下持续累积于边界层内。这一分析明确了热浪期间低层水汽的累积来源于局地地表蒸发，而非远程水汽输送。值得注意的是，尽管比湿上升，850 hPa相对湿度仍较2021–2022年同期平均值低15%至29%，表明该热应激主要由温度与辐射负荷驱动，而非湿热主导。
在人体热应激量化方面，研究人员采用通用热气候指数评估了热浪期间的人体热暴露。6月17日至18日，研究区域每日最大UTCI达到43–44 °C，属于很强热应激等级。与2021年和2022年6月同期相比，2023年6月16日至19日期间区域垂直热量平流和净地表热通量分别为前两年数值的2.3倍和1.6倍，而水平平流表现为冷却而非增暖，进一步证实了气旋诱导的下沉增温机制的主导作用。
在季风与事件终结方面，研究人员发现研究区域的受抑制环境持续至6月18日，随后在6月19日至20日发生系统性反转：500 hPa垂直速度由下沉转为强上升，6月19日穿越零值后于最后一周达到约?0.15 Pa s?1；500 hPa相对湿度从6月20日的56%跃升至6月21日后的68%以上；区域平均射出长波辐射在P5和P6阶段降至205–207 W m?2；200 hPa散度自6月21日起迅速增强至+0.6×10?5 s?1；850 hPa比湿跃升至16 g kg?1以上；整层水汽通量散度转为负值，区域平均降水量显著增加。上述变化标志着西南季风于6月19日至20日抵达研究区域，较正常情况延迟约一周。季风降雨的到来通过增加云量和降水终结了热浪过程。
三、关键技术方法
研究人员主要采用了以下关键技术方法：基于印度气象局0.5°×0.5°格点化最高温度观测数据（1970–2023）计算6月逐日气候态正常值，并依据IMD热浪判定标准（距平4.5–6.4 °C为热浪，>6.4 °C为严重热浪；绝对最高温度≥45 °C为热浪，≥47 °C为严重热浪）识别热浪与严重热浪事件；利用印度季风资料同化与分析系统（IMDAA）12公里分辨率区域再分析资料获取850 hPa相对湿度、温度、风场、地表感热与潜热通量及射出长波辐射；采用ERA5 0.25°×0.25°再分析资料获取500 hPa垂直速度与位势高度、整层水汽通量散度，并由风场计算500 hPa相对涡度与200 hPa散度；使用哥白尼气候变化服务提供的ERA5-HEAT通用热气候指数（UTCI）数据集（1980–2023，0.25°×0.25°）量化人体热应激等级；气旋路径与强度信息取自IMD最佳路径数据集。
四、研究结论与意义
本研究首次系统量化了阿拉伯海气旋通过大尺度动力调整对印度东部内陆热环境的远程加剧作用。研究证实，气旋Biparjoy的存在通过增强研究区域上空的反气旋脊、维持持续的中层下沉和抑制对流，在气旋登陆后仍持续加剧印度东部的热浪条件。热浪期间低层水汽的累积来源于局地地表蒸发在无降水消耗条件下的持续蓄积，而非远程水汽输送。人体热应激在6月17日至18日达到很强等级，UTCI达43–44 °C，且该热应激主要由温度与辐射负荷驱动而非湿热。季风降雨较正常延迟约一周到来，成为终结该热浪事件的直接因素。该研究揭示了热带气旋与热浪之间此前未被充分认识的复合极端事件机制，表明即使在不直接受气旋登陆影响的区域，阿拉伯海气旋仍可通过大尺度环流调整显著改变内陆热环境。这一发现对印度复合极端天气事件的风险评估与预警具有重要的科学意义和实际应用价值，也为理解全球变暖背景下气旋-热浪相互作用提供了新的视角。
