Hot extremes have become drier in the United States Southwest
美国西南部极端炎热天气变得更加干燥
From：美国加州大学洛杉矶分校
摘要：夏季极端高温的影响是由湿度调节的。人为气候变化引起的温度升高通常预计会增加比湿度；然而，目前尚不清楚极端湿度会如何变化，尤其是在气候干燥（低湿度）地区。在这里，我们展示了美国西南部夏季（此处定义为 7 月至 9 月）干燥日的比湿度在过去七年中有所下降，并且最大的下降与最热的温度同时发生。炎热干燥的夏季蒸发量异常低，这与夏季土壤湿度低有关。近期夏季土壤水分减少的原因是 6 月土壤水分下降，而年际变化受夏季降水控制。由于耦合模型比对项目第 6 阶段 (CMIP6) 到 2100 年土壤水分和降水趋势的广泛分布，西南地区炎热干燥日的未来预测不确定。
主要内容：
美国西南部（以下简称西南）属于半干旱气候，降水量、土壤水分和湿度均处于气候低位。在这种半干旱条件的背景下，由于温度升高和/或湿度降低而导致的大气对水分需求的增加可能会产生三个主要的不利后果，尤其是在夏季：火灾风险增加地表水库的蒸发需求和树木死亡率的增加。虽然大量工作都集中在西南地区气温上升在造成这些影响中的重要作用上，但很少关注特定湿度的变化。
由于克劳修斯-克拉珀龙关系和海洋蒸发量的增加，比湿度通常会随着全球变暖而增加，但尚不清楚理论的预测是否适用于西南等干旱地区或整个温度分布.事实上，西南地区的一些气象站显示 1980 年至 2010 年年平均露点呈负趋势，气候模型预测，最热天的比湿度变化虽然为正，但将小于平均温度天的变化，这是由于陆地-大气相互作用。总之，这些结果指出了确定西南湿度变化的起源（包括它们的温度依赖性）的重要性，以确定特定的湿度变化是否会放大或抑制温度升高对大气对水分需求的影响。
在这里，我们通过原位测量、再分析和气候模型分析温度和比湿度，以确定炎热夏季的极端干燥天气在过去七十年中如何以及为何发生变化，并可能在未来发生变化。我们关注以固定温度阈值为条件的特定湿度分布的变化，而不是两个变量的联合超标，以识别温度-特定湿度关系的变化，而不是仅由温度升高引起的炎热干燥极端情况的变化。
a，1973-1995 年在科罗拉多州南部佩里斯托克斯机场观察到的夏季日平均温度和比湿度异常（二维直方图以颜色显示）。T' 和 q' 之间的关系由分位数平滑样条拟合总结，条件是 q' 的第 5、50 和 95 分位数的 1973 年低通滤波 GMTA 为 -0.43 °C。b，与 a 相同，但针对 1973-2019 年整个时期的数据，并且分位数平滑样条拟合以平均 GMTA 为条件（根据定义为 0 °C，黑线）。c，与 a 中的一样，但对于来自记录后半部分的数据（1996-2019），并且分位数平滑样条拟合以 0.51 °C 的 2019 年低通滤波 GMTA（黑线）为条件。来自 a 的样条拟合以灰色再现，以显示作为增加 GMTA 的函数的温度-特定湿度关系的变化。d, 与 a 相同，但适用于加利福尼亚中部的弗雷斯诺优胜美地机场。e，与 b 中一样，但适用于弗雷斯诺优胜美地机场。f，与 c 相同，但适用于弗雷斯诺优胜美地机场。a,c (d,f) 中的垂直线显示 Perry Stokes 机场（弗雷斯诺优胜美地机场）根据完整记录计算的温度异常的第 95 个百分位数。放大指数可以在 b、e 中以图形方式可视化，作为热天数（红色多边形）归一化的炎热干燥天数（橙色虚线多边形）。
a，在美国大陆的高质量 ISD 站，当 GMTA 增加 1 °C 时，热天（温度异常的第 95 个百分位）（?′5，?′95）中比湿度的第 5 个百分点的估计变化。西南域用黑色勾勒出来。等高线显示了 ERA5 中 7 月至 8 月至 9 月比湿度的第 5 个百分位。轮廓标签显示在西南域周围；最低等高线为 3 g kg-1，等高线间隔为 1 g kg-1。b，作为西南各站点温度百分位数（细灰线）和各站点面积加权平均值（粗黑线）的函数的比湿度的第 5 个百分位数（?′5）的估计变化。
a，从四个数据集估计的放大指数（细色线）和估计值的平均值（粗黑线）。请注意，用于计算平均随时间变化的数据集数量是数据集可用性的函数。低频行为（灰线）是基于对 GMTA 和 AMV 的回归进行估计的，GMTA 和 AMV 均使用 1/10 yr−1 截止频率进行低通滤波。b，使用来自三个不同数据集的六月土壤水分 (SM) 和夏季降水的拟合放大指数。平均放大指数（黑色）是从 a 再现的。根据定义，随时间变化的平均放大指数为 0.1。
a，放大指数顶部三分位数 (33%) 减去底部三分位数的年份复合 JAS 蒸散量。b，放大指数（橙色）和西南平均蒸散量（青色，y轴倒置）的时间序列。c, 西南平均蒸散量的底部三分位数减去顶部三分位数的复合JAS表层土壤水分。d，西南平均 JAS 蒸散量（橙色）和 JAS 表层土壤水分（蓝绿色）的时间序列。e，西南平均JAS表层土壤水分减去顶部三分位数的底部三分位数中年份的复合6月1 m土壤水分。f，西南平均JAS表层土壤水分（橙色）和6月1 米土壤水分（蓝绿色）的时间序列。g，西南平均JAS表层土壤水分的底部三分位数中多年的复合JAS降水减去顶部三分位数。h，西南平均 JAS 表层土壤水分（橙色）和 JAS 降水（蓝绿色）的时间序列。i，观察到的（橙色）和拟合的（蓝绿色）JAS 表层土壤湿度；拟合值基于多元线性回归模型，使用 6 月 1 日 米土壤湿度和 JAS 降水作为协变量。除降水外的所有数据均来自 ERA5，而降水来自全球降水气候学中心。蒸散量和降水量都是每天的总量。每个时间序列的原始（去趋势）相关性和 P 值显示在相关标题中。
a，CMIP6 模型中的 6 月总柱状土壤水分（灰线，黑色勾勒的灰色阴影显示 50% 范围）和使用历史和 SSP5-8.5 情景的 1950 年至 2100 年的集合平均值（黑线）。6 月顶部 1 米土壤湿度的三个观测估计值以颜色显示。在 1979 年至 2014 年的重叠期间，所有时间序列都归一化为零均值和单位方差。CMIP6 模型表现出广泛的行为，尽管大多数模型项目减少。b，CMIP6 模型中 6 月柱状土壤水分（横轴）、JAS 降水（纵轴）和 JAS 表层土壤水分（颜色）线性趋势之间的关系。CMIP6 模型根据降水增加抵消 6 月土壤水分减少的程度对 JAS 表层土壤水分的趋势进行了划分。趋势是在 2015-2100 年计算的，并标准化为每 50 年。
引用格式：
McKinnon, K.A.; Poppick, A.; Simpson, I.R. Hot extremes have become drier in the United States Southwest. Nature Climate Change 2021, 10.1038/s41558-021-01076-9, doi:10.1038/s41558-021-01076-9.
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