北京师范大学系统科学学院的樊京芳研究团队近期在地球复杂系统领域取得了重要突破，成功揭示了青藏高原土壤湿度如何驱动欧洲与东亚地区的同步极端热浪。该研究成果已发表于 npj Climate and Atmospheric Science 期刊，标题为《Dry soil moisture on the Tibetan Plateau drives synchronous extreme heatwaves in Europe and East Asia》。在这项研究中，研究团队采用了复杂性科学中的事件同步气候网络方法，结合大气动力学诊断和数值实验，揭示了青藏高原土壤湿度与欧洲和东亚极端热浪之间的强关联性。该研究突破了过去对极端气候现象的传统认知，展示了这些极端事件的非线性同步性及其潜在的物理机制。

该研究由北京师范大学、中国科学院大气物理研究所和北京邮电大学等多家研究机构联手完成，其中北京师范大学系统科学学院樊京芳教授为论文通讯作者。论文第一作者为大气所姜继兰博士，共同通讯作者刘屹岷研究员，合作者还包括孟君研究员、吴国雄院士等。

研究背景与复杂性科学方法的应用

近年来，极端热浪频繁同时席卷欧洲和东亚，造成了严重的社会经济影响。然而，这些热浪现象之间的非线性同步关系及其物理机制仍然未被充分理解。通过应用事件同步气候网络方法，研究团队成功识别了欧洲与东亚热浪之间的同步性，且发现这一同步现象与青藏高原的干燥土壤湿度密切相关。从前冬至夏季，青藏高原土壤湿度的干旱状况触发了位于高原北部的等效条状反气旋，并与副热带西风急流形成波导，进而激发了环全球大气罗斯贝波的传播。此波动模式导致欧洲上空也形成了等效条状反气旋，进而通过增加下行太阳辐射和绝热下沉，放大了正向陆气反馈作用，引发了欧洲和东亚的同步极端热浪。

研究的创新性与复杂性科学应用

本研究充分展示了复杂性科学在气候系统中的应用，特别是在理解气候现象的跨尺度相互作用方面：

事件同步气候网络方法：这一方法帮助研究人员识别了跨区域的热浪同步现象，并揭示了青藏高原土壤湿度变化对大气环流的影响。

非线性相互作用与自组织性：研究表明，青藏高原土壤湿度变化通过非线性相互作用引发了跨越欧洲和东亚的同步极端热浪，展现了气候系统中自组织性与反馈机制的复杂性。

研究的影响与展望

这项研究的成果显著提升了对同步极端热浪机制的理解，为预测和应对未来可能发生的气候极端事件提供了新的理论基础。未来，研究团队将继续探索其他气候因子和区域性土壤湿度对全球气候系统的潜在影响，并进一步优化极端天气事件的预测模型，以提高应对全球气候变化的能力。

樊京芳教授领衔的研究团队近年来一直致力于复杂系统相变与临界现象基本理论、地球系统复杂性以及临界性的前沿探索。在相关领域，樊京芳近五年以通讯作者或第一作者身份发表了25篇高水平论文，包括《Nature Physics》、《Nature Climate Change》、《Nature Communications》、《Science Bulletin》及《PNAS》等国际期刊。

该研究工作得到了国家自然科学基金（12275020, 12135003，12205025）和科技部重点研发计划2023YFE0109000的支持。论文链接为：https://www.nature.com/articles/s41612-024-00831-x