热浪状况加剧是全球变暖最广泛可感知的影响之一，目前已经在经历中，近年来北美和欧洲频繁发生此类事件，且常伴有干旱。
2018年夏季的欧洲热浪非同寻常，危害也格外严重，原因在于其持续时间：许多地区的高温从整个夏季一直延续到初秋，几乎没有被较温和气温所缓解。
在发表于今日（8月19日）《自然气候变化》期刊的新研究中，我们表明，全球变暖将使此类持续性极端天气更有可能发生，包括更长的热浪、干旱和延长的降雨期。这一效应叠加在平均气温上升之上。
持续性增强与天气极端事件加剧的这一组合（原因在于夏季普遍更炎热以及强降水事件加剧）将放大未来的潜在风险。
然而，我们进一步表明，如果将全球变暖控制在1.5摄氏度以内，这一持续性增加及相关风险中的大部分本可避免。
热浪加剧
2018年，欧洲经历了一场特别严重且持续时间长的高温干旱事件，贯穿整个夏季，若无气候变化，此事件本“几乎不可能”发生。
今年，欧洲6月和7月相继出现的两次热浪大幅打破了气温纪录，尽管持续时间短于2018年的事件。
2018年热浪期间，持续的高温和干燥天气对环境造成了严重影响，尽管在这段时间的部分时段气温并不极端。
夏末时，德国的小麦产量损失已达15%。同时，莱茵河水位过低，既无法为发电厂提供足够的冷却水，也无法保证航运所需的足够水深。
由此产生的水分亏缺已延续至2019年，中欧部分地区仍在持续。高温干旱状况因此得以延续，并通过火灾和害虫风险增加对森林造成严重影响。
关于观测到的热浪加剧的不同成因，目前仍在持续讨论。首先是简单的变暖效应：平均气温上升导致炎热天数增多，从而增加了热浪的频率和持续时间。
其次，“土壤湿度反馈”等局部效应也可能导致更严重的热浪。当气温上升导致土壤变干时，温暖时期的蒸发冷却作用减弱，局部增温随之放大。
此外，大气环流的变化可能在某些地区为热浪创造更有利的条件。据观测，北半球夏季的“风暴路径”已经减弱，且预计仍将继续变化。由于夏季风暴会带来湿润和寒冷的气团，从而打断热浪和干旱，这种移动速度减慢可能有利于更长时间的温暖干燥期。
虽然变暖的直接效应对热浪发生的影响毋庸置疑，但仅凭这一点无法解释欧洲等地区热浪的急剧增加。这意味着其他机制也必定在起作用。
然而，迄今尚不清楚土壤湿度反馈与环流变化哪一个是更重要的促成因素。在我们的新研究中，我们采用了一种新方法，专门关注极端事件的持续性及其潜在驱动因素。
持续性天气
为此，我们分析特定天气状况的持续性。例如，我们观察炎热天气如何在整个北半球聚集出现。
更具体地说，我们关注的是温暖时段持续超过例如两周的概率，以及这一超越概率是否会随全球变暖而变化。
为检验这一点，我们使用了HAPPI项目中大型气候模式模拟的“集合”（即集合组）数据，以考察在较现在温暖2摄氏度和1.5摄氏度的世界中的局部天气持续性——这两个温度水平是《巴黎协定》长期温度目标中提及的水平。随后，我们将这些发现与当前气候状况进行比较，目前气温已比工业化前水平高出约1摄氏度。
为排除气候变化对热浪的直接变暖效应对本研究的影响，我们将“温暖”天定义为在每种情景下高于夏季平均气温的日子（因此始终有50%的温暖天和50%的寒冷天）。
我们还分析了干燥期和降雨期持续性的变化。与温暖持续性不同，我们采用固定阈值来定义有雨日（降水量超过5毫米）或干燥日（降水量低于1毫米）。
与气温类似，降水持续性的变化可能源于大气环流变化、反馈效应或简单的热力学过程。例如，较暖的大气能够容纳更多水汽，从而导致更强的降水事件，进而在我们的指标中产生更多强降雨日。
为说明我们所研究的持续性指标的实际意义，下图展示了两个时期的示例，分别呈现持续高温、干燥、组合性“干燥-温暖”以及降雨的情况，分别涉及2018年夏季柏林（左）和2016年巴黎（右）的极端天气。
在每幅图中，最上方图表显示气温（灰线）以及相对于日平均值的气温（距平，红线）。中间图表显示降水，其中有雨日以蓝色突出显示，干燥日以橙色显示。最下方图表则显示高于平均水平的高温持续期（红条）、延长的干燥或干燥-温暖期（橙色和紫色）以及降雨期（蓝色）。
2018年春夏两季，柏林（左）的持续温暖、干燥及干燥-温暖期在图中清晰可见；而对于巴黎（右），2016年塞纳河洪水（以垂直线标示）明显紧随数个持续降雨期之后出现。
延长的极端事件
我们的结果表明，与气温约高1摄氏度的当前气候相比，在2摄氏度情景下，北半球中纬度地区（如欧洲或北美）的夏季温暖期预计将变得更加持续。
回顾2018年欧洲热浪，在中欧任一年份出现三周温暖期的概率将相对增加4%。这一虽小但显著的增幅意味着，未来高于平均水平的“温暖”天将更长时间地聚集在一起。
这一增幅还叠加在整体变暖的热力学效应已预期会对热浪持续时间产生的影响之上。该影响可通过观察在所有气候条件下超过单一固定温度阈值的天数来识别。
我们发现，若变暖达到2摄氏度，干燥期和降雨期预计也将延长。例如，在北美中部和东部，连续两周无雨的可能性预计将增加约13%；而在中欧，连续七天出现强降水的概率相对增加约18%。
我们还研究了复合性温暖-干燥期，发现其持续性在北美东部最多增加20%。
下图总结了我们的结果，表明若变暖达到2摄氏度，北半球许多地区的持续性极端天气将变得更有可能发生（紫色阴影）。
对于每个区域，方框显示了持续温暖（左上象限）、干燥（右上）、干燥-温暖（左下）或降雨（右下）时段的可能性相对变化。紫色阴影表示可能性增加最多达50%，绿色阴影表示可能性降低。
在能够确定导致可能性变化的机制的情况下，这些机制以风暴路径、土壤湿度或有雨日频率的符号标示。
风暴路径
我们的结果表明，如上图所示，夏季“急流”减速在干燥和温暖期的延长持续中发挥着重要作用。急流是高层大气中快速流动的气流带，引导天气系统和风暴路径。
我们发现，在风暴路径活动较少的月份，温暖和干燥期往往持续更久。在受北大西洋风暴路径影响的区域，干燥和温暖持续性的增加可与风暴路径活动减少相关联。在某些区域，这也可能导致降雨持续性增加。
较暖的大气能够容纳更多水汽，这一事实部分解释了预计在高纬度地区（如欧洲东北部）降雨持续性的增加。然而，在大多数中纬度地区，我们发现这一效应仅起次要作用；而在中欧等地区，尽管有雨日数量减少，降雨持续性仍有所增加。
我们发现土壤湿度反馈在某些区域中很重要。例如，我们发现地中海地区土壤湿度下降是未来该地区干燥期延长的驱动因素。
这并不意味着土壤湿度反馈在其他区域没有促成极端天气事件——实际上它们往往有此作用。相反，我们未能从其他因素中清楚地将这一机制识别为持续性增加的驱动因素。
总体而言，我们的研究结果表明，全球变暖将导致北半球夏季的局部天气状况更加持续。在中纬度地区的平均水平以及许多单个区域，若变暖较工业化前气温达到2摄氏度，温暖、干燥和降雨极端事件预计将变得更加持续。
加上全球变暖过程中夏季普遍更炎热以及降水加强已预期会带来的加剧效应，这种持续性增加将放大未来天气极端事件的潜在风险。
相比之下，我们的结果表明，如果世界保持在《巴黎协定》1.5摄氏度的限值以下，持续性的大部分增加及相关风险本可避免。
