ESSD | 基于ERA5的全球数据库，记录了1950年至2023年间的复合型干旱和高温极端事件

DOI：https://doi.org/10.5194/essd-17-6621-2025

极端气候事件的加剧是全球气候变化最直接的影响之一。热浪和干旱对生态系统的影响不均衡，复合事件会加剧这种影响。为了全面研究这些事件，例如利用局部高分辨率遥感或实地数据，建立一个全球复合干旱高温（CDH）事件目录至关重要。本文基于ERA5气候再分析数据，提出了一个大规模干旱高温极端事件数据库。干旱指标的构建基于参考蒸散量与降水量在过去30天、90天和180天的日均值。极端事件的检测采用1950年至2023年期间的绝对局部阈值。CDH极端事件定义为：2米高度的日最高气温超过基于经验概率分布的99%绝对局部阈值，且三个干旱指标中任意一个低于1%阈值。利用连通分量分析法，为持续至少三天的复合干旱和高温（CDH）事件分配唯一标签。提取所有已标记事件的时空范围和汇总统计数据。将识别出的CDH事件与文献中报道的极端事件进行比对验证。在预先列出的40个事件中，有38个可以与已标记的CDH事件相关联。所有10个最大和10个持续时间最长的已标记CDH事件均可与科学文献或灰色文献中报道的干旱和/或热浪事件相关联。

图3展示了2021年夏季不列颠哥伦比亚省报告的复合型干旱高温极端事件期间的高温和干旱指标。图中显示了：(a)日最高气温；(b)日降水量和参考蒸散量；(c)三个干旱指标 (PEI)；(d)离散极端事件 (DEO)。始于2021年6月25日的第一波热浪与干旱无关。第二波（2021年7月30日）和第三波（2021年8月3日）热浪与极端干旱条件相关，但每次仅持续两天。始于2021年8月11日并持续四天的第四波热浪与极端干旱条件（PEI_30和PEI_90）相关，因此被纳入所提出的数据库中的标记事件。

图 4 显示了EventCube中极端干旱和高温天气的年度时空分布范围。离散极端事件发生 (DEO) 值介于0001² = 1 × 10⁻¹⁰至1111² = 15 × 10⁻¹⁰之间的体素数量，按网格单元纬度的余弦值加权，然后除以该年所有陆地体素的加权数量，结果以百分比表示。蓝色和紫色深浅分别代表水平衡的累积期。颜色越深，累积期越长：累积期超过 180 天且低于 1% 阈值的水平衡以最深的颜色显示。90 天的累积期以中等颜色显示。30 天的累积期以最浅的颜色显示。每种颜色对应的位串显示在颜色条下方。

图 5 显示了极端干旱和高温天气的年时空分布范围，并按极端事件类型进行了分类。离散极端事件 (DEO) 的总和（按事件类型分组，并根据网格单元纬度的余弦值加权）除以给定年份所有陆地体素的总和，结果以百分比表示。高温指标为 2 米高度处的日最高气温。干旱指标为过去 30 天、90 天和 180 天的日降水量与参考蒸散量之差的平均值。

图 6极端复合干旱和高温天气的年度时空范围。将同时具有干旱和高温特征的离散极端事件 (DEO) 数量，按网格单元纬度的余弦值加权，再除以给定年份所有陆地体素的数量之和，结果以百分比表示。

图 7各大洲极端干旱和高温日数的年时空分布范围。干旱和高温离散极端事件 (DEO) 的总和按网格单元纬度的余弦值加权，再除以给定大洲和年份所有陆地体素的总和，结果以百分比表示。y轴的 刻度上限为 1.0%，但图中各区域的范围在 2010 年达到 2.1%，在 2019 年达到 3.1%，在 2023 年达到 2.7%。

图 8每个网格单元极端干旱和高温天数的十年 Theil-Sen 趋势。

图 91970 年至 2023 年间陆地上标记事件的二维直方图。左图：事件持续时间与事件面积的关系图。标签标示了体积最大（绿色）和持续时间最长（蓝色）的五个事件；右图：事件体积与事件发生年份的关系图。

图 10显示了本研究在 1970 年至 2023 年间检测到的十次陆地体积（面积×持续时间）最大的干旱和高温事件的空间分布图。图例显示了 Dheed 数据库中事件的标签及其开始年份。

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