《Science of The Total Environment》：Coupled land–atmosphere processes exacerbate recent compound drought and heatwaves over Africa
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本研究聚焦全球变暖背景下非洲地区日益频发的复合干旱热浪（CDHW）事件，利用ERA5和NCEP-2再分析数据（1980–2024），系统分析了CDHW的时空变化特征及陆气驱动机制。研究发现赤道非洲为CDHW热点区，其频率、持续时间和强度均显著上升，且2004年后呈现加速趋势。通过土壤湿度-温度耦合强度和能量平衡诊断，揭示陆气反馈增强是CDHW加剧的主因，大西洋多年代振荡（AMO）和印度洋偶极子（IOD）等大尺度气候模态的影响亦显著增强。该研究为理解复合极端事件机制及非洲气候适应策略提供了关键科学依据。
随着全球变暖持续加剧，复合干旱热浪（Compound Drought and Heatwave，CDHW）事件因其对社会经济系统和自然生态的叠加冲击而备受关注。非洲大陆由于其适应能力有限且暴露度较高，尤其容易受到此类复合极端气候事件的影响。然而，目前对非洲CDHW事件的近期变化趋势及其物理驱动机制，特别是陆气相互作用在其中的作用，仍缺乏系统深入的认识。
在此背景下，Ibraheem A. Raji、Akintomide A. Akinsanola和Thierry N. Taguela等研究人员在《Science of The Total Environment》上发表了题为“Coupled land–atmosphere processes exacerbate recent compound drought and heatwaves over Africa”的研究论文。该研究利用欧洲中期天气预报中心的第五代再分析数据（ERA5）和美国国家环境预报中心再分析数据（NCEP-2）（时间覆盖1980年至2024年），对非洲CDHW事件进行了全面的趋势分析和机制诊断，重点揭示了陆气耦合过程在其中的关键作用。
研究团队采用了一系列关键的技术方法。他们首先基于标准化降水蒸散指数（SPEI）和日最高气温阈值定义了CDHW事件，并计算了其频率、持续时间和强度等指标。利用 Pettitt 变点检测方法识别出CDHW时间序列的显著突变点，将研究期划分为1980–2003年（P1）和2005–2024年（P2）两个时段进行对比分析。为了探究驱动机制，研究人员诊断了土壤湿度-温度耦合强度，并运用表面能量平衡和水分收支方程来量化不同物理过程对增温和降水变化的贡献。此外，还通过偏相关分析和逐步多元回归方法，评估了大西洋多年代振荡（AMO）、印度洋偶极子（IOD）等大尺度气候模态对CDHW变化的影响。
3.1. CDHW指标的空间特征和趋势
研究结果显示，非洲CDHW事件呈现明显的空间异质性，赤道地区（12°S–15°N, 10°E–48°E）是CDHW加剧的热点区域。在1980至2024年期间，该区域CDHW频率以约0.9 事件/季节/十年的速率增加，持续时间以1.2 天/季节/十年的速率延长，强度以0.4 °C/季节/十年的速率增强。变点分析表明，CDHW频率在2004年发生显著突变，P1时期（1980–2003年）增长相对平缓（0.4 事件/季节/十年），而P2时期（2005–2024年）则出现快速增强（1.1 事件/季节/十年）。这一趋势在ERA5和NCEP-2两个再分析数据集中均表现一致。
3.2. CDHW各组分对CDHW指标变化的相对贡献
研究人员进一步量化了干旱、热浪及其相互作用对CDHW指标变化的相对贡献。结果表明，在整个研究期内，热浪是CDHW的主要贡献者。然而，在P2时期，干旱与热浪的相互作用项贡献显著增加，成为CDHW频率和强度变化的重要驱动因素，这表明两者之间的协同效应在近期CDHW加剧过程中扮演了越来越重要的角色。
3.3. 陆气相互作用的变化
对陆气耦合强度的分析发现，赤道热点区域在P2时期的土壤湿度-温度耦合强度较P1时期有所增强。耦合强度的分解显示，P2时期温度异常和热通量异常与耦合强度转为正协变关系，表明该区域从能量限制型蒸发 regime 向水分限制型 regime 转变。这种转变意味着土壤水分的减少更有效地抑制了蒸散冷却，从而通过增加感热通量放大了地表升温，强化了陆气正反馈。研究还估算了临界土壤湿度阈值，在非洲平均约为0.35 m3 m?3，赤道地区存在空间异质性。
3.4. CDHW近期增加的动态和热力学驱动因子
表面能量收支分解表明，P2时期的增温主要归因于净向下辐射的增加，特别是晴空向下长波辐射的增强。同时，降水在P2时期减少。水分收支分析指出，降水的减少主要源于垂直动力项的减弱，即上升运动的减弱抑制了水汽的垂直输送和深层对流的发展。热力学能量方程诊断进一步揭示，垂直运动的减弱与 diabatic heating（非绝热加热）的减少密切相关，后者是维持大尺度上升运动的关键。
3.5. 大尺度气候模态对近期CDHW加剧的可能贡献
大尺度气候模态的分析显示，AMO和IOD对赤道非洲CDHW事件具有重要影响。在P2时期，这些气候模态与CDHW指标的相关性普遍增强，它们共同解释了CDHW频率、强度和持续时间变化的很大一部分方差（分别达58.7%、46.1%和33.6%），表明大尺度海气相互作用在近期CDHW加剧中的贡献日益突出。
综上所述，该研究通过多角度诊断分析，揭示了耦合陆气过程是驱动非洲赤道地区近期复合干旱热浪事件加剧的关键机制。全球变暖背景下，净辐射增加和降水减少共同导致土壤湿度下降，加强了土壤湿度-温度耦合，从而放大了干旱和热浪的复合效应。同时，大西洋和印度洋的海温变化也通过遥相关调制了区域气候极端事件。这些发现深化了对复合极端事件成因的理解，对非洲地区的气候变化适应、灾害风险管理和可持续发展具有重要的科学意义和实际价值。研究指出，未来需要加强基于实地观测的验证，并进一步探究植被动态等在CDHW演变中的作用。
