土壤水分—大气反馈对干燥与潮湿热浪的相反影响

为何闷热天并非皆同

当一场猛烈的热浪来袭，感受会因空气是干燥还是闷热而大不相同。本文探讨了脚下土壤中储存的水分如何塑造这两类热浪。通过比较来自全球的气候模型实验，作者发现了一个令人意外的转折：同一种陆地—大气反馈在许多地区会加剧干燥热浪，但在某些地区却能缓和对人体最危险的潮湿热浪。

两种不同的危险高温

极端高温并非同样有害。干燥热浪主要以异常高的气温为特征。而潮湿热浪则是高温与空气中高水分的结合，通过与“体感温度”相关的量进行衡量。由于人体通过出汗并使汗液蒸发来散热，当空气中已经充满水分时，汗液难以有效蒸发，人体更容易过热，因此潮湿热浪往往更致命。作者旨在理解土壤水分变化——即地面如何湿润或干燥——如何通过反馈作用影响1951年至2014年间全球的干燥与潮湿热浪。

干渴的土壤如何与天空对话

当土壤变干，可用于蒸发的水分减少。这一减少的蒸发意味着天然“空调”减弱，更多的太阳能直接用来加热地表附近的空气。与此同时，蒸发减少也意味着向大气输送的水汽变少。这种双重效应——加剧加热但削弱湿化——被称为土壤水分—大气反馈。研究者利用一套特殊的气候模型模拟，其中土壤水分要么允许变化要么被人为固定，从而分离出该反馈如何改变热浪的持续时间与强度。他们将这些实验与一种与人体相关的热应激指标——湿球温度（依赖温度和湿度）——的详细分析相结合。

在不同地区对潮湿高温的相反影响

研究发现，这种陆地—大气反馈几乎在所有地方都一致地延长并加剧了干燥热浪，证实了以往的研究。但对潮湿热浪而言，情形要复杂得多。在低纬与中纬地区——如南亚、澳大利亚北部、非洲部分地区和欧洲大部——土壤与大气之间的强耦合意味着土壤干燥会大幅减少蒸发。近地面湿度的下降超过了额外增温的影响，因此对人的热与湿负荷实际上减少。在这些地区，该反馈使潮湿热浪的年总持续时间缩短约10–20天，并将其总体强度降低约20–40％，与此同时干燥热浪却变得更严重。

为何高纬地区面临更闷热的高温

越靠近两极，相同的反馈则表现出相反的走向。那里，蒸发往往更多受可用能量限制而非土壤水分限制。随着大气变暖，它可以吸纳更多水汽而不会像热带和副热带那样出现剧烈的干燥。在这些高纬地区——例如阿拉斯加、北欧和北亚——土壤水分反馈主要令气温上升，同时湿度仍然保持较高。这种组合推动湿球温度上升，使潮湿热浪的持续时间和强度增长50％或更多。分析表明，这些对比结果主要由平均条件的持续性变化驱动，而非逐日天气的波动。

这对应对未来高温的意义

对于规划适应更热世界的社会而言，研究结果传递了一个重要信息：陆面在极端高温中的作用并非放之四海而皆准。在许多低纬和中纬地区，土壤变干会加剧典型的干燥热浪，但同时通过降低湿度在一定程度上缓解最压抑的闷热极端。而在更高纬度，相同的反馈几乎完全以相反方式发挥作用，既提高温度又维持或增加湿度，使潮湿热浪更危险。认识到这种在增温与减湿之间的隐性“推—拉”关系，有助于解释极端高温为何在不同地区表现迥异，并强调了从城市设计到水资源管理的区域性策略以保护人们免受干燥与潮湿热浪的双重威胁的必要性。

引用: Chen, S., Ji, P., Yuan, S. et al. Contrary effects of soil moisture-atmosphere feedback on dry and humid heatwaves. Nat Commun 17, 2626 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70210-y

关键词: 热浪, 土壤水分, 湿度, 气候反馈, 人体热应激