2021年6月袭击北美的热浪打破了当地气温纪录，但自1950年以来还出现过四次更极端的热浪。
英国布里斯托大学的研究人员表示，最严重的热浪于1998年4月袭击东南亚。
人口密度、住房条件和预警系统等许多社会经济因素，都会影响热浪造成的破坏。
改进预警系统并采用更好的适应工具，可以大幅减轻此类事件对社会和生态系统的影响。
2021年6月，一场严重热浪袭击了北美西部，创下加拿大有史以来的最高气温纪录，并促使加利福尼亚州宣布进入紧急状态。
太平洋西北地区的这场热浪在当地前所未有，当地气温纪录最多被打破了4.6°C。酷热造成数百人死亡，损坏铁路和公路，使农作物枯萎，妨碍企业经营，并引发了一系列野火。据估计，这场热浪在美国造成了约90亿美元的损失。
但与世界各地历史上发生过的其他热浪相比，这场热浪有多极端？
打破纪录的极端高温会威胁社会，因为社区往往已适应一个已知的气温范围。温度冲击越大，对社区基础设施造成的压力就越大，有时甚至会使其濒临崩溃。
在我们发表于《科学进展》的最新研究中，我们表明，太平洋西北地区的热浪是地球上有观测记录以来最极端的热浪之一。不过，我们也发现，其他少数地区曾经历过更严重的热浪，按当地气候衡量尤为如此。
我们如何界定热浪的极端程度？
我们用每日最高气温来界定热浪，这是英国等气象机构采用的指标，英国气象局也使用这一指标。比较全球不同地区的热浪时，绝对气温并不理想，因为热带地区的热浪总会比北极地区更热，尽管两地社区的适应能力大不相同。
将热浪强度与当地平均水平进行比较，是一种改进。不过，在季节之间和年份之间条件波动很大的地区，例如中纬度地区，出现更极端情况是意料之中的。
在自然变率较低的地区，例如热带地区，绝对强度较低的热浪也可能造成更大影响，因为当地可能对这种异常状况准备不足。自然变率较高的地区，按绝对强度衡量可能会经历更严重的热浪，但由于过去的经验，也可能更容易适应。
例如，2003年夏季的欧洲热浪导致法国至少有6,000人超额死亡。2006年强度相近的热浪造成的超额死亡人数减少了60%，这表明民众对高温的脆弱性有所降低，可能是因为风险意识提高，预警系统也得到改进。
我们用“标准差”来评估热浪，即衡量某个事件偏离当地平均状况的程度。我们使用由ERA5再分析数据集提供的资料；该数据集将观测数据与模型模拟相结合，由欧洲中期天气预报中心（ECMWF）制作。
在我们考察的1950年至今这一时期，气候变化导致气温持续升高，过去三个十年中的每一个十年都比1850年以来任何一个更早的十年更加温暖。为避免较早时期的极端事件被近期更热的事件掩盖，我们以此前十年的平均状况为基准评估，从而剔除气候变化趋势。这样得到的指标可以显示热浪相对于当时气候有多极端。
按照我们的极端程度指标，太平洋西北地区的热浪比现代平均气候高出4.1个标准差。
是否出现过更极端的热浪？
在1950年至今的记录中，2021年6月的事件是北美西部最极端的热浪，但其他地区也发生过几次更极端的事件。
下图显示了自1950年以来世界各地每个区域最强热浪的强度。橙色表示每次事件偏离当地平均气候多少个标准差；白色表示不同数据集之间存在分歧的区域，因此未纳入结果。
还值得指出的是，再分析会使用模型填补观测数据中的空缺。这有助于克服一些地区长期存在的天气极端事件数据缺乏问题，这些地区没有完整的天气记录。不过，我们可能漏掉了一些重大事件，例如观测数据覆盖尤其薄弱的非洲部分地区发生的事件。
从全球范围看，并剔除气候变化的影响后，我们发现有四次热浪比这场热浪更极端。我们通过评估第二个再分析数据集并与气象站观测数据进行核对，验证了这些事件。其中有些发现令人意外——例如，似乎很少有报道提及1985年11月巴西南部的热浪。
总的来说，我们发现有史以来最极端的热浪于1998年4月袭击东南亚。这一事件与强烈的厄尔尼诺现象有关，与2016年的事件相似，也导致了一些地区气温纪录被打破。1998年的事件造成了非常适合野火蔓延的环境，面积相当于700万个足球场的森林被毁。
下表列出了我们确认的八次最严重事件。2021年6月北美西部的热浪排名第五，而一些著名事件则未能入选。
例如，2003年欧洲热浪没有列入，因为它偏离平均值“仅有”3.3个标准差。这场热浪之所以引人注目，是因为其整体社会影响，而不只是温度强度；后者是接下来需要解决的问题。2010年夏季的西伯利亚热浪也未列入，因为它持续数月高于平均水平，而不是几天内出现极端高温。
除了标出每日极端气温最高的地区，我们还可以识别历史气温极端值特别低的地区。由于偶然因素，一些地区过去70年没有经历过大的极端事件。因此，由于缺少促使当地采取适应措施的触发事件，这些地区可能没有做好应对热浪的准备。印度、澳大利亚和中非部分地区的历史事件中，没有任何一次偏离平均值超过三个标准差。
极端热浪正在以多快的速度增加？
在气候变暖的背景下，我们知道过去70年日平均气温有所上升。我们的研究考察极端事件是否有证据显示其增幅快于这一气候变化。
我们通过评估极端事件偏离平均值的标准差，再剔除气候变化导致气温升高的潜在“信号”来进行分析。结果显示，极端事件的强度和频率都在增加，但增速与平均气候相同。至少从全球范围看是如此。（未来热浪还可能以其他方式变化，例如持续时间延长，或同时发生在更多地区，但这不在我们的研究范围之内。）
运行大量气候模型模拟组成的集合（或称“集合模拟”），对于研究极端事件非常有用。这类事件本来就很少在现实世界中发生，但使用模型集合可以获得多得多的数据。
我们还使用两个不同的大型集合模型表明，随着平均气候变暖，极端事件的强度预计也会以相同的速度增加。
极端热浪的影响
重要的是要记住，热浪的气象特征并不能决定其影响。人口密度、住房条件和预警系统等许多社会经济因素，都会影响热浪造成的破坏。
高温影响广泛，涉及人类健康、动物健康、生态系统、粮食安全以及许多其他领域。在很多情况下，热应激指标或“体感”温度，可能更能反映其影响。从这一危险因素的角度看待问题，凸显了太平洋西北地区这场热浪的异常程度。
2021年6月的热浪打破了纪录，幅度高达4.6°C，而当时距离一年中按气候规律最热的时段还有一个月。这类事件远超当地常态，很难提前做好准备。
打破纪录的事件发生后，人们很可能会更充分地为未来的极端情况做好准备。如前所述，在欧洲，2006年热浪造成的死亡人数少于2003年，得益于卫生部门和机构采取的预防措施。
随着气候变暖，打破纪录的热浪可能会更加频繁。通过教育和更好的适应工具，例如改进预警系统，我们可以大幅减轻这些未来极端事件对社会和生态系统造成的影响。
