本文来自微信公众号：地球知识局 （ID：diqiuzhishiju），文字：风云梦远，校稿：辜汉膺，编辑：板栗，原文标题：《华北这么热，究竟怎么回事？》，题图来自：视觉中国
最近两个月，我国遭遇一波接一波的高温热浪，长期不退且没日没夜的高温考验着人们的生理极限。
从数据上看，今年上半年我国平均温度超过35℃的天数达到4.1天，比常年同期多了1.9天，约等于翻倍了，达到1961年以来历史同期之最。
分区域来看，华北、华东北部、华南西部、西南地区南部最为显著。尤其是华北地区，高温天数达到惊人的9.8天，比常年同期多了5.2天。
2023年1月1日至6月30日全国高温日数距平分布图（图：中国气象局）▼
华北极端高温的直接原因
今年华北的高温集中在6月14~17日和6月21~30日。尤其是后者，简直没有最热，只有更热。北京汤河口（41.8℃）、天津大港（41.8℃）等22个站达到或突破了历史极值。22~24日，北京南郊观象台连续三天气温≥40℃，其中22日南郊观象台最高气温41.1℃，是建国以来并列第2高值。
人要化了，真的顶不住（图：中央气象台）▼
7月初的高温也同样极端，北京再度出现了2个40℃以上的高温日。建国以来北京总共有11天40℃以上的高温，今年至今有5天，占比接近一半。
北京突破40℃很容易被全网讨论，而隔壁的河北城市，网上存在感就小很多，但他们的高温一点也没少，沿太行山一线，自河北石家庄、邢台、邯郸到河南安阳、新乡、焦作，太行山东麓也出现了显著高温热浪，以7月6日的河北平山43.7°C，7日河北武安与河南林州的43.3°C最为突出。
太行山凭一己之力把高温挡在了外面（图：中央气象台）▼
事实上，今年华北的高温既与厄尔尼诺、全球变暖有一定关联，也和远在大西洋的“大气异常活动”联系紧密，多重因素叠加，作用于华北上空的西风带，造就了这个突破历史极值的酷热夏天。
该来的还是来了（图：WMO）▼
之前的文章中我们讲过，中国南北方夏季高温的成因并不相同，长江流域在梅雨季过后的伏旱，是西太平洋副热带高压控制下的结果，而华北的高温热浪集中在6月到7月上半月，主要是被西风带波动形成的高压脊或大陆异常高压所控制。
比如去年的江西和湖南持续了数月的干旱，就是环绕了整个北半球的副热带高压带造成的（图：中央气象台）▼
我们以今年6月22~25日为例，从华北一直到黑龙江，都被异常的暖高压所控制，包括京津在内的华北北部正是其中心地带。在它的控制下，华北北部出现晴朗少云的天气，太阳辐射直接给低空加热，加上高空大气下沉增温，导致地面温度迅速上升，北京、天津双双突破40℃，35℃以上的高温更是遍布华北大地。
此外，部分地区还被局地下垫面影响，比如城市热岛、背风坡下沉增温、河谷增温，都会让局部气温变得更高，体感上也更难忍受。
6月22日~25日，对流层低层（850hPa）温度异常（填色，暖色为偏暖，冷色反之）和对流层中层（500hPa）高度场异常（填色）▼
而这个盘踞在华北上空的暖高压，其实是西风带上一个更大尺度的高压脊的一部分，我们知道，西风带并不总是平直的，当产生大幅波动的时候，就会形成一个高压脊接着一个低压槽。高压脊控制的区域就表现为大气下沉、晴朗少雨的天气。
500hPa上的等高线及地转风示意图（左图为平直的西风带，右图为发生扰动后形成的槽脊）▼
6月中下旬华北的高温天气就是拜高压脊所赐（6月15日 500hPa 体感温度）▼
西风带会不会大幅波动，一方面取决于极地和低纬度之间的温差，这一温差是西风带得以形成的原动力，温差减弱就会形成波动。
一方面这种波动又需要一个“扰动源头”，当西风带上某一区域出现异常的高压或低压，就可以通过影响下游环节，逐渐激发西风带长波，进而改变天际线以外的远方。这种现象通常叫做“遥相关”。
西风带长波产生的大槽大脊很大程度上决定了北半球的天气，而短波则可以叠加在长波上造成槽和脊的加深或减弱▼
在北半球的中高纬度大气，通常有北太平洋、北大西洋两个最显著的活动中心。而亚洲大陆天气过程的那个“扰动源头”，往往就是从北大西洋一带启程，并沿着西风急流向东传播。
急流是狭窄的强风带，通常从西向东吹遍全球（图：NOAA）▼
为了能理解西风带长波，以及西风带内部上下游之间的关联，我们制作了下面这张图。它反映的是6月22~25日、500hPa高度（约9000米高空）、不同地区对流层高层之间的“遥相关”。
这其中暖色表示高压异常，冷色表示低压异常，箭头则是西风带长波的“波作用通量”。
6月22~25日500hPa流函数异常与波作用通量分析▼
从中可以看到，从北大西洋到东北亚，出现了一连串的异常中心，包括格陵兰与冰岛南侧的异常低压、欧洲的异常高压、西西伯利亚的异常低压，以及华北到鄂霍次克海一带的异常高压。
而箭头表示的长波传播则表明，北大西洋正是那个“扰动源头”，从这里出发的长波，呈现出一条“先向东北再向东南”的弧形路径，并最终导致华北异常暖高压的形成。
6月22-25日500hPa流函数异常与波作用通量分析▼
厄尔尼诺的影响
以上是对今年高温事件直接原因的分析。但如果站在更广阔的角度，今年全国频繁的高温背后，还有更为重要的影响因素：包括正在发展中的厄尔尼诺事件，以及近一百多年来由人类活动主导的全球变暖。
此外，热带印度洋、热带外太平洋的海温，北极海冰的沉浮，欧亚大陆尤其是青藏高原的积雪消长，也都一定程度上影响着夏季华北乃至全国的气候。
在全球变暖加持下的厄尔尼诺一次次拉高全球温度的上限，挑战着人类忍受的极限▼
那么，今年的厄尔尼诺对华北高温到底有多大影响？
答案是，有一定影响，但存在很大的不确定性。
我们汇总了历史上不同年份厄尔尼诺发展阶段的“夏季风场”，虽然厄尔尼诺不是影响风场的唯一因素，但只要样本足够多，这些样本的共性就能愈发清晰地指明厄尔尼诺的影响。（就是下方那张合成图）
将1979年以后厄尔尼诺发展期的500hPa风场图加以合成，可以看出，东北亚一带最突出的特征，就是盘踞在东北地区到日本海一带的气旋环流（蓝框），以及贝加尔湖一带一个较弱的反气旋（红框）。
厄尔尼诺事件发展年夏季对流层中层（500hPa）风场异常合成▼
而华北则位于二者之间，一方面受到气旋西侧下沉气流的影响，同时，夹在西侧反气旋和东侧气旋之间，会产生“高空负涡度平流”，其结果就是晴朗少雨、大气下沉、频繁高温。
但由于多数厄尔尼诺事件要到冬季才达到鼎盛期，在发展年的夏季，强度还比较有限，响应的信号强度也较弱，所以只能解释高温的一部分成因。
在厄尔尼诺发展期夏季，我国大部分地区气温都处于偏高的状态▼
极端高温的终极BOSS
相比于起起伏伏的厄尔尼诺和拉尼娜，藏在幕后的全球变暖才是最大的BOSS，虽然全球变暖对于单独的高温事件没有必然作用，但最近数十年，越来越强、频率越来越高的整体升温已经非常明显。
除了平均气温被拉高，偏离常态的极端气温也显著增强，既有极端高温也有极端低温，其中极端高温更加频繁。
北半球夏季各站点气温距平分布曲线在不同年代的显著变化▼
全球变暖和极端高温，关于两者之间关联机制的解释有很多，其中认可度较高的一种认为，在气候变化下，北极海冰大幅融化，而暴露出来的海陆表面，比先前被冰面覆盖时要暗得多，导致反照率下降，吸收了更多热量，所以北极地区的升温，相比低纬度地区要更严重。
温度升高导致海冰融化，而海冰融化又促进了温度的升高，这样的恶性循环导致海冰融化得越来越快▼
2023 年冬季北极海冰低于平均水平（图：NASA）▼
这就直接导致极地和热带之间的温差缩小了。
前面我们就提到，极地与热带之间的温差是西风带的原动力，正是这一温差驱动的风在地转偏向力作用下，转变为强劲的西风急流，如同一道天堑阻拦在极地和低纬度之间，让南北两侧的气团难以轻易逾越。
急流两侧温差越大急流越强、温差越小则急流越弱（图：eoas.ubc.ca）▼
当这一温差缩小时，西风急流便相应减弱，冷暖空气南来北往的阻碍变小，更容易引发各处的极端天气事件。这其中，就包含西风带大幅波动形成的大槽大脊，这也是华北被高压脊控制的重要气候背景。
可以看出在过去40年间北极地区升温最为显著（图：NASA）▼
西风急流的不同状态与南北向热量交换总是会伴随着极端冷暖事件的发生（图：NOAA）▼
我们现在还无法精确预测未来内每一次高温热浪过程的区域、程度和持续时间。但可以明确的是，在这样的气候变化下，未来数十年间，这样的极端高温只会越来越多，极端程度也越来越强，对人类生活甚至生存的威胁越来越显著。
面对如此严峻的状况，人类已没有置身事外的选择，唯有携起手来，共同减少温室气体的排放，以尽量减缓全球气候变化的影响，但要做到这一点，又何其难矣。
本文来自微信公众号：地球知识局 （ID：diqiuzhishiju），文字：风云梦远，校稿：辜汉膺，编辑：板栗