大气水汽对北半球夏季热浪年际变化的贡献

为何“黏乎乎”的空气会加剧热浪

北半球的夏季热浪正变得更强烈且更频繁，从欧洲和北美的破纪录事件到中国和印度的灼热高温不一而足。我们知道更热的空气能容纳更多水汽，而这些水汽像一层额外的毯子，将热量困在近地面。但在实际的热浪中，空气并不总是闷湿——有时反而异常干燥。本研究提出一个简单却至关重要的问题：当夏季从温和的年份跃迁到充斥极端高温日的年份时，这一变化有多少是由大气中的水汽造成的，又有多少来自云、风和土壤状况等其他因素？

危险高温的不同“口味”

作者检验了四十年的气象资料，以追踪北半球各地夏季出现超过当地“非常热”阈值的天数变化。随后他们考察了在这些极端高温日更多的夏季中，每个地点上方整层大气的水汽量如何变化。结果显示出明确的模式：在中高纬度地区如北欧、西伯利亚和加拿大东北部，热浪往往伴随更潮湿的空气；而在印度和北美西部等地，热浪通常更干燥。一些地区，包括美国东南部，则介于两者之间，热浪期间大气湿度总体变化甚微。

温度与水分供给的拉锯

更暖的空气能容纳更多水汽，但这种潜力只有在水分确实可得时才会体现。为了解开这些效应，研究者将水汽变化分成两部分。一部分反映了更高温度使空气能够包含更多水汽的简单物理事实；另一部分则代表实际的水分供给程度，通过陆面蒸发和风的输送来实现。在大部分陆地上，热浪夏季的供给项为负：尽管温度较高，但大气比该温度下可能达到的含湿量还要干燥。然而在高纬度地区，充足的土壤水分和较凉的背景温度使蒸发增加，温度效应占优，空气变得更潮湿。在印度和北美西部则相反：削弱的季风风场或干涸的土壤强烈限制了水分供给，以至于尽管气温升高，大气反而变得更干。

季风、脊状高压与干渴的土壤

研究聚焦印度和北美西部，以探明大尺度天气格局如何驱动这些干热热浪。在印度，强劲的夏季季风风场通常将海洋上的湿润空气输送到陆地，带来降水并缓解前季高温。而在出现更多极端高温日的夏季，季风环流减弱：原本将湿气带入内陆的风被扰动，广泛的气流格局促成整个次大陆的干燥。在北美西部，情况则相反：该地区本就偏干，土壤含水少。由欧亚大陆和太平洋弧形波动驱动的持久高压脊利于晴朗少云和强烈日照。随着陆地被烘烤，剩余的土壤水分被耗尽，蒸发停滞，近地面空气变得更加干燥，进一步巩固高温状况。

水汽对不可见辐射的影响

除了追踪水汽本身，作者还考察水汽如何改变大气与地表之间不可见的能量流。他们将向下的红外“热”辐射分解为由气温、水汽和云引起的部分。在整个半球范围内，较暖的空气持续增加这种向下的红外辐射，而云量减少则倾向于减弱它。水汽的作用更为细致：在潮湿的高纬度地区和内陆沙漠的热浪中，额外的水汽增强了温室效应，提高了到达地表的红外能量。而在印度和北美西部，较干的空气略微削弱了这种温室贡献，抵消了部分仅由气温升高带来的增温。至于到达地表的太阳辐射，云量变化起主导作用；水汽在这方面的影响仅属次要。

对未来炎热夏季的启示

综合来看，这些发现表明大气水汽在热浪中并非简单的随行者；它是一个积极作用的参与者，其角色因地而异。在许多北部地区，水汽和温度协同作用，通过加强近地面的温室“毯子”来加剧高温。在像印度和北美西部这类干热浪地区，水分匮乏会削弱这层毯子，但并不能阻止更清朗的天空让太阳辐射更猛烈地直射地面，同时干燥的土壤也失去了通过蒸发提供的自然降温。了解某一地区倾向于出现哪种类型的热浪——潮湿型、干型或中性型——可以帮助规划者更好地预判健康风险、野火危险以及在变暖世界中水资源与能源系统面临的压力。

引用: Cao, D., Lin, H. & Huang, Y. Atmospheric water vapor contribution to interannual variability of Northern Hemisphere summer heatwaves. npj Clim Atmos Sci 9, 88 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01361-4

关键词: 热浪, 水汽, 辐射, 季风, 土壤水分