地球科学学院陈兵副教授在能源消费导致的人为热释放对欧洲夏季高温热浪影响研究取得新进展

云南大学地球科学学院云南省低纬高原大气环境与边界层过程重点实验室陈兵副教授团队在能源消费导致的人为热释放对欧洲夏季高温热浪影响取得重要进展。研究以“Anthropogenic heat release due to energy consumption exacerbates European summer extreme high temperature”为题，发表于地学领域知名SCI期刊Climate Dynamics。 云南大学地球科学学院云南省低纬高原大气环境与边界层过程重点实验室作为第一单位，陈兵副教授作为第一作者。

人类活动通过改变大气组成影响辐射过程、改变地表状况影响下垫面的辐射收支，进而影响全球地气系统能量平衡，导致全球气候变化。自欧洲工业革命以来，人类活动对全球气候影响能力逐渐增强，已超过了自然因素 (主要包括地球轨道参数，火山和太阳活动) 的总辐射强迫。近百年全球气候变暖明确（100%肯定）是由人类活动引起的 (IPCC AR6)。人为热释放是人类生产和生活中大量消费各类能源，最终以热量的形式排入地气系统。人为热释放全球平均通量很小,仅有0.03 W m^-2,人为热释放在在气候变化中作用易被忽视。人为热释放作为地气系统中外加的强迫热源，可以增加近地层大气的感热和潜热，影响到近地层的能量平衡，进而对城市局地气候、区域气候产生影响，它是城市气候形成的重要影响因子。人为热释放全球分布具有区域集中的特点：在人口聚集工业发达的城市地区可以高达数百瓦甚至上千瓦每平米(IPCC, AR4)，在人口稀少的荒漠地区几乎为0。这种区域分布很不均匀的特征是人为热释放形成区域乃至全球气候效应重要的物理机制，并且随着全球经济发展和城市化进程的发展，人为热释放的气候效应在不断增强。

热浪是一种持续很长时间的极端高温事件。进入 21世纪以来，欧洲乃至全球各地频频遭受热浪袭击。热浪严重威胁人类社会可持续发展，给人类社会和人体健康造成严重威胁，引起全球科学家高度关注。以往研究表明，高温热浪通常对老年人、婴儿和已有心血管和呼吸系统疾病的病人影响大，导致较高的死亡率。在欧洲热浪事件中，死亡人数大幅上升。 2003年夏天，欧洲有超过 40000 人死于高温热浪。在2022年欧洲地区遭遇严重高温热浪袭击。世界气象组织（WMO）表示，过去30年里，欧洲气候变暖的程度是世界其他地区的两倍多。哥白尼气候变化服务中心则表示，2022年的夏季是有记录以来最热的。2022年7月，英国气象局发布了该国历史上第一个异常高温红色警告。英国、葡萄牙、西班牙、法国等国部分地区气温超过40摄氏度，比同期正常水平高出10至15摄氏度。葡萄牙部分地区达到了创纪录的46.3摄氏度，西西里岛创下了48.8°C的欧洲高温新纪录。高温热浪导致的炎热和干旱诱发山火频发：法国西南部山火迅猛，火势蔓延已迫使上万人疏散；西班牙阿利坎特东北发生大规模森林火灾。根据欧洲森林火灾信息系统的数据，2022年1月至8月中旬，欧洲已有超过74万公顷森林被烧毁，创2006年开始相关记录以来的同期新高。据路透社报道，一份汇总欧洲多国官方数据的报告显示，法国、德国、西班牙和英国2022年夏季遭遇的热浪导致2万多人“超额死亡”。

云南大学地球科学学院云南省低纬高原大气环境与边界层过程重点实验室陈兵副教授课题组，联合美国德州农工大学（Texas A&M University）中国科学院大气物理研究所等单位，探索能源消费导致的人为热释放对欧洲高温热浪的影响及机理。研究表明，人为热释放使欧洲夏季平均气温增加0.26℃，地表最低和最高温度分别增加0.14℃和0.41℃，人为热释放使欧洲地区夏季极端高温出现的频率增加。人为热释放加剧了欧洲夏季的极端高温，从1992年到2013年，中欧和东欧夏季的高温热浪天数每年增加1-2天。人为热释放通过抬升欧洲地表温度，加强了从海洋流向欧洲陆地的大气环流。人为热释放通过降低低层对流层稳定性（LTS），减少了欧洲夏季的低云，导致更多的太阳短波辐射到达地面。人为能够热释放影响欧洲地区夏季的水汽和地表能量平衡，这对欧洲夏季热浪有进一步的影响。研究表明，能源消费导致的人为热释放是欧洲夏季极端高温热浪的一个不可忽视的影响因子。

Fig. 1 Effects of Anthropogenic Heat Release (AHR) on European boreal summer (June-July-August (JJA)) from 1992 to 2013: (a) 2-m air temperature (T2m, unit: °C); (b) maximum surface temperature (Tsmax, unit: °C); (c) minimum surface temperature (Tsmin, unit: °C); (d) probability density distributions of mean T2m when considering the AHR (in red) and in the control condition (in black) in the statistically significant regions using daily and spatial variability over 1992 to 2013; (e) probability density distributions of mean Tsmax when considering the AHR (in red) and in the control condition (in black) in the statistically significant regions using daily and spatial variability over 1992 to 2013; and (f) probability density distributions of mean Tsmin when considering the AHR (in red) and in the control condition (in black) in the statistically significant regions using daily and spatial variability over 1992 to 2013. The cross-hatching in (a), (b) and (c) indicates regions with changes that are statistically significant at the 0.05 level.  

Fig. 2 Effects of AHR on European boreal summer (JJA) from 1992 to 2013: (a) LTS (unit: K); (b) low cloud fraction; (c) net shortwave flux at the surface (unit: W m⁻²); and (d) surface temperature (shaded in K) and horizontal wind (U, V) at the surface (unit: m s⁻¹). The cross-hatching in the figure indicates that the change is statistically significant at the 0.05 level.

Fig. 3 Effects of AHR on the total of EHW days due to AHR in the summer from 1992 to 2013 (unit: day). 

本研究全面分析了人为热释放对欧洲夏季高温热浪影响及机理，对欧洲热浪的机制提出了一种新的影响机理。这对于理解人类活动对极端天气气候的影响具有重要的科学意义。

能源消费导致的人为热释放加热效应是除温室气体排放，气溶胶排放和地表覆盖和土地利用改变之外，是人类活动对气候影响的重要一方面，它对全球变暖起到放大作用，是全球气候变化一个不可忽视的影响因子。与温室气体使得地气系统出射的长波辐射减少，从而导致地气系统增暖的温室效应不同，能源消费引起的人为热释放加热效应类似在地表安装了电热毯，而这种加热效应是非均匀性的，主要集中于城市群，并且伴随着全球城市化进程的加剧，其气候效应在不断增强。这种加热效应会伴随人类社会的存在而长期存在。陈兵博士探索人为热释放的全球气候效应和气候反馈机理，相关研究成果被联合国气候变化专门委员会IPCC AR6（2021）和IPCC SRCCL（2019）引用。

本研究获得国家自然科学基金面上项目（No.42175046） 和国家自然科学基金地区项目 （No.42065009），2022云南省兴滇英才项目的支持。

文章信息：Chen Bing, Wu        C., Song X., et al., 2023: Anthropogenic heat release due to energy consumption exacerbates European summer extreme high temperature, Climate Dynamics, https://doi.org/10.1007/s00382-023-06775-x .