在全球变暖的背景下，北半球中纬度地区夏季极端热浪事件呈显著频发态势，且空间上格局。近日，我系左志燕教授课题组揭示了整个北半球中纬度夏季热浪频发中心出现年代际向西跃迁现象（图1），指出了陆-气耦合在这一现象中的驱动作用。该研究强调，在气候变暖背景下，北半球中纬度多个区域土壤湿度剧烈变化的联合作用已经改变了环中纬度大气波动，并引起整个中纬度地区热浪格局的改变，即土壤湿度的变化可以驱动全球尺度大气环流的异常，而非仅仅被动反馈大气，这改变了学界对土壤湿度在气候系统中角色的传统认知。

研究指出，北半球中纬度夏季热浪频发中心对应着强振幅的罗斯贝波五波。在上世纪90年代末期，强振幅的罗斯贝波五波突然向西跃迁，与之相关的陆地高压异常从北美东部、中亚和东西伯利亚西迁到了北美西部、东欧和东北亚地区，引起了北半球中纬度夏季热浪频发中心年代际向西跃迁（图2）。

研究基于数值模式进一步指出，全球变暖背景下增强的多区域土壤湿度-大气耦合的联合作用是驱动环中纬度大气波动西迁的关键因子。上世纪90年代末之后，全球变暖加剧了北半球中纬度土壤亏缺，使得北美中西部、欧洲和东北亚地区土壤湿度-大气耦合显著增强。当罗斯贝波五波波峰出现在这三个区域附近时，其强烈的陆-气耦合可以通过加强大气柱内的热量累计和质量堆积共同“锚定”这一波动，使其陆地上的高压脊在这三个区域发展并维持，从而使得北半球环中纬度罗斯贝波五波扰动更易发展为强振幅罗斯贝五波异常，导致这三个区域在上世纪90年代末之后成为热浪频发区（图3）。未来10年这种多区域强陆-气耦合对大尺度环流的共同“锚定”作用还将继续存在，且不受海洋年代际模态（例如北大西洋多年代际变率和太平洋年代际变率）位相变化的影响（图4）。

图1 北半球夏季热浪热点区在1980–1997年（P1）和1998–2021年（P2）的空间分布特征

图2 1980–1997年（P1；左列）和1998–2021年（P2；右列）强振幅罗斯贝波五波引起的500hPa位势（Z500）和地表气温（SAT）异常

图3 1990s末之后土壤变干通过加强环中纬度罗斯贝波五波改变热浪空间格局机制示意图

图4 SSP1-2.6情景下近期未来（2025-2034年）不同位相AMV和IPO作用下北半球中纬度夏季热浪热点区分布图

上述成果以“A westward shift of heatwave hotspots caused by warming-enhanced land–air coupling”为题发表在Nature旗下期刊《Nature Climate Change》上。复旦大学大气与海洋科学系博士生张楷文为论文第一作者，左志燕教授为论文通讯作者。共同作者包括复旦大学的张人禾院士、梅伟教授、纽约州立大学奥尔巴尼分校的戴爱国教授。该研究获得国家自然科学基金（42288101和42175053）和国家重点研发计划（2022YFF0801703）多项科研资助的大力支持。

论文信息：Zhang, K., Zuo, Z., Mei, W., Zhang, R., Dai, A. A westward shift of heatwave hotspots caused by warming-enhanced land–air coupling. Nat. Clim. Chang. (2025). https://doi.org/10.1038/s41558-025-02302-4