人类活动导致了全球变暖，全球气候系统正经历着快速而广泛的变化，揭示人类活动的影响机理并量化其贡献一直是气候变化研究领域的前沿和难点，也是历次IPCC评估报告关注的核心内容。第六次评估报告强调了人类活动对气候系统多圈层多变量影响的综合评估，在大气、陆面、海洋、冰冻圈等气候系统不同圈层，以及不同时间尺度（次季节-季节、年际至年代际、长期趋势等）、不同气候变率模态中都检测到了人类活动的影响。最近几十年来，气候变化科学的迅速发展加深了人们对人类活动引起的近百年气候系统变化的认识。
图1. 主要人类活动影响的示意图（温室气体和人为气溶胶排放、土地利用变化）
近年来，南京信息工程大学陆气相互作用团队华文剑教授研究组一直致力于人类活动的影响研究，重点从对海洋和陆面影响的视角出发，认识了全球气候系统变化中的人类印记（如极端事件、欧亚非均匀增暖、海洋年代际变率模态等）。主要进展如下：
1. 人为强迫和气候系统内部变率对2022年极端事件的影响；
2. 土地利用变化非局地气候效应的重要性；
3. 人类活动和自然因素对欧亚非均匀增暖的贡献；
4. 热带印度洋海温年代际气候变化中的人类印记。
（1）全球变暖背景下，极端高温热浪事件频发，2022年夏季，中国经历了有国家记录以来范围最广、持续时间最长的热浪。这种前所未有的热浪是如何与人为气候变化和大气环流异常联系起来的？针对这个问题，利用多源地面站点和格点观测数据、再分析资料，借助先进地球系统模式（CESM2）的超级集合试验、偏差校正方法等，量化了气候系统内部变率和人为强迫对2022年夏季极端热浪的贡献，其次根据未来气候变化预估了此类极端事件发生的概率。研究结果表明，2022年长江中游地区最高气温比气候平均值（1981–2010年）高13.1℃，重现期长达数万年。异常的大气环流和持续的高压系统促成了2022年长江中游的高温热浪，使得此类事件发生的可能性增加了约6 ~7倍。CESM2和其它CMIP6耦合模式的多模式集合模拟表明，这种异常环流主要是由大气和下垫面条件的内部变率造成，而人为气候变化增强了此类事件发生的可能性。随着气候变暖，在相对较高的SSP3-7.0排放情景下，预计到2070年至2100年，长江中游地区罕见的热浪将变得更加普遍，并且可能每8.5年发生一次（图2）。
（2）除了温室气体和人为气溶胶强迫，人类活动导致的土地利用变化极大地改变了陆地表面（如毁林等），对区域气候和生态系统也有重要影响。例如，人类活动导致的毁林不仅可以通过生物物理过程影响局地温度、降水和云量变化，也可以通过非局地过程或者大气反馈过程影响气候系统。然而，森林变化的局地和非局地影响仍存在很大不确定性。研究利用CMIP6-LUMIP集成模拟试验，借助修订的统计诊断方法等，强调了森林变化非局地气候效应的重要性。研究表明，森林砍伐引起的云量变化具有很强的纬向依赖性，热带地区云量减少，温带和北方地区云量增加（图3）。通过量化影响云量变化的局部和非局部效应，发现森林砍伐导致热带地区局地云量减少，温带和北方地区局地云量增加。如果不考虑非局部效应，云量变化与森林砍伐之间的关系将被误解（Hua et al. 2023 ERL）。其次，揭示了毁林对全球和区域温度的生物物理影响，并将毁林引起的地表温度变化归因于区域尺度上的不同生物物理效应（即辐射强迫、空气动力学阻力、波文比和大气反馈），量化了不同生物物理因素的相对贡献以及强调了不同模式对温度模拟的差异可能主要受非局地大气反馈的调制（Liu, Hua et al. 2023 JGR）。
图2.（a）2022年夏季21天平均（8月6–26日）的日最高气温异常。（b）不同时间尺度平均的破纪录区域面积及对应的时间演变。（c）当前气候条件下（2012–2032年）偏差校正后的CESM2全强迫（红色）和自然强迫（蓝色）下长江中游夏季高温的PDF分布。（d）CESM2全强迫模拟的在20世纪初（蓝色）、当前气候（红色）和21世纪后期（紫色）不同气候条件下极端高温事件发生的概率（Hua et al. 2023 GRL）。
图3. 毁林对地表反照率、TOA反照率和总云量影响（Hua et al. 2023 ERL）
（3）全球变暖背景下，欧亚夏季非均匀增暖现象受到广泛关注。研究提出了欧亚夏季非均匀增暖是由人类活动和自然因素共同导致（Hua et al. 2021 GRL）。其次，聚焦东北亚地区，研究揭示了不同气溶胶排放源（欧美和东亚）对陆面温度的影响，发现东北亚夏季陆面温度的变化主要来自亚洲外气溶胶的影响，而东亚气溶胶的贡献相对较小。20世纪80年代欧美气溶胶减小致使中纬度欧亚大陆环流发生改变，使得在东北亚地区上空出现高压异常，有利于陆面温度增加。研究成果为理解欧亚夏季陆面增暖和极端高温发生机理提供了新证据（Hua et al. 2022a GRL）。
（4）不仅陆面温度存在显著的年代际和长期变化趋势，全球海温也发生了明显的年代际周期变化。以往研究强调了海洋内部过程的重要性，然而人类活动等外强迫的贡献如何？研究针对印度洋海温的年代际变化，发现温室气体和气溶胶引起的海温年代际变化在1950年代后与气候系统内部变率产生的影响相反，人类活动自1950年以来抑制了印度洋海温的年代际变化。例如，人为气溶胶能引起1965至2000年期间的海温变冷，导致印度洋海盆模态（IOBM）在20世纪70年代之前处于较低的水平，2000年以后又有利于IOBM变暖。研究揭示出人类活动对年代际气候系统自然变率的调制作用（Hua et al. 2022b GRL）。
近三年，华文剑教授研究组以第一/通讯作者在Science Advances、GRL（5篇）、ERL、JC、JGR等高水平刊物发表十余篇学术论文，相关研究成果也被IPCC AR6、Nature、Science等报告/期刊引用。
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2. Hua, W., Zhou, L., Dai, A., Chen, H., Liu, Y. (2023). Important non-local effects of deforestation on cloud cover changes in CMIP6 models.Environmental Research Letters, 18(9), 094047. https://doi.org/10.1088/1748-9326/acf232
3. Liu, S., Hua, W.*, Zhou, L., Chen, H., Yu, M., Li, X., Cui, Y. (2023). Local and non-local biophysical impacts of deforestation on global temperature during boreal summer: CMIP6-LUMIP multimodel analysis.Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128(11), e2022JD038229. https://doi.org/10.1029/2022JD038229
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5. Hua, W., Dai, A., Qin, M. (2022b). Reconciling roles of external forcing and internal variability in Indian Ocean decadal variability since 1920.Geophysical Research Letters, 49(9), e2021GL097198. https://doi.org/10.1029/2021GL097198
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