炎热和潮湿的出现使人类无法忍受

人类高效散热的能力使我们能够覆盖每一大洲，但35°C的湿球温度(TW)标志着我们的生理上限，而更低的数值会严重影响健康和生产力。气候模型预测，到21世纪中叶，第一批35°C的TW事件将会发生。然而，对气象站数据的综合评估显示，一些沿海亚热带地区已经报告了35°C的TW，自1979年以来，极端湿热的频率总体上增加了一倍多。最近全球最高海面温度超过35摄氏度，进一步支持了这些危险的高TW值的有效性。我们发现最极端的湿热在空间和时间上都是高度局部化的，相应地，在再分析产品中也被大大低估了。因此，我们的研究结果强调了湿热带来的严峻挑战，湿热比以前报道的更强烈，而且越来越严重。

人类两足动物的运动、裸露的皮肤和汗腺是复杂冷却系统的组成部分(1)。尽管进行了这些温度调节调整，但极端高温仍然是最危险的自然灾害之一(2)，本世纪以来最致命的事件中有数万人死亡(3，4)。高温和湿度的附加影响超出了直接的健康后果，包括在一系列活动中个人表现的降低，以及大规模的经济影响(5-7)。在军事、运动和职业环境中，热湿效应已经促进了数十年的研究(8，9)。然而，从气候学和气象学的角度考虑湿球温度(TW)的时间较晚(10，11)。

虽然一些热湿影响可以通过适应和行为适应来避免(12)，但在持续暴露的情况下，生存能力存在上限，即使在完美健康、完全不活动、完全遮荫、不穿衣服和无限制饮水的理想条件下也是如此(9，10)。正常的人体内部温度为36.8°±0.5°C，需要35°C左右的皮肤温度才能保持将热量从核心(10，13)向外引导的梯度。一旦空气(干球)温度(T)超过这一阈值，新陈代谢热量只能通过汗液潜冷释放，当TW超过约35°C时，这种冷却机制将完全失效。由于理想的生理和行为假设几乎从未得到满足，严重的死亡率和发病率影响通常发生在低得多的值上-例如，受2003年欧洲和2010年俄罗斯致命热浪影响的地区经历的TW值不超过28°C(图2)。S1)。到目前为止，文献中还没有TW超过35°C的观测报告，也很少有超过33°C的报告(9、11、14、15)。对生理极限的认识促使建模研究提出了一个问题，即什么时候可能会突破这个极限。结果表明，在一切照常的RCP8.5排放情景下，到21世纪第三季度(14-16年)，南亚和中东部分地区的TW可能经常超过35°C。

在这里，我们使用来自HadISD(17，18)的有质量保证的台站观测和ERA-TIMAL(19，20)的高分辨率再分析数据，并与无线电探空仪和海洋观测(见补充材料)(21，22)进行核实，以计算TW基线值、地理模式和最近的趋势。在所有考虑的地区，由仪器和程序引起的台站数据的TW不确定度在0.5°C到1.0°C量级，这是正确解释结果的重要考虑因素。我们使用TW和海面温度(SST)观测作为未来TW预测的指导的方法提供了一条不同于以前的研究的证据，这些研究使用耦合或区域模型，而没有明确包括历史台站数据。

我们对站数据的气候记录的调查显示，许多全球TW超过31°C和33°C，两个站已经报告了超过35°C的多个日最大TW值。这些条件接近或超过了延长的人类生理耐受性，大多只出现了1到2小时的持续时间(图3)。(S2)。它们集中在南亚、中东沿海和北美西南部沿海，非常接近极高的海温和强烈的大陆热，这些共同有利于极端湿热的发生(2，14)。在海岸线上，中午和下午异常的陆上低空风对海洋的影响是明显的，这些风的变化可以导致干旱和半干旱沿海地区露点温度(Td)的迅速上升。中三至中九)。区域上连贯的观测证据支持这些强烈的值：波斯湾海岸线上至少有50%的数据可用性超过1

虽然我们对气象站的分析表明，TW已被报告为在有限区域内短期内超过35°C，但这还没有出现在再分析数据所代表的区域尺度上，这也是以前研究(14，15)中考虑的未来TW极端的模型预测的大致尺度。为了增加我们的测站结果与这些模型预测的可比性，我们实施了广义极值(GEV)分析，以估计从前工业化时期到TW的全球变暖量，在全球最热的ERA-临时网格单元，目前都位于波斯湾地区(图4)。这个过程的完整细节在材料和方法中。简而言之，我们将一个非平稳的GEV模式拟合到经历最高TW值的网格单元，其中GEV位置参数是年度全球平均气温距平的函数。这使我们能够量化全球变暖需要多少年最高TW≥35°C才能在任何网格单元变成最多30年1次的事件。我们只对网格单元进行这一分析，其中非平稳的GeV模型比平稳的替代模型更适合于年最大时间序列(1979-2017)，这是显着的(P<；0.05)。然后，我们将出现温度(TOE)定义为全球变暖所需的量，直到TW≥35°C在ERA临时时空尺度上至多是30年一次的事件，使得任何网格单元的最低脚趾与TW=35°C第一次出现的情况近似，根据生理学研究(6，10，31)，TW=35°C的出现足够广泛和持续，足以造成严重或致命的健康影响(6，10，31)。

我们的方法在波斯湾水域产生1.3°C的脚趾(90%置信区间，0.81°至1.73°C)，附近陆地网格单元的脚趾为2.3°C(1.4°至3.3°C)(图4)。调整这些数字，以适应ERA-TIMAL的强劲波斯湾差异，极端TW约为−3°C(图2)。S12)支持了来自观测站的结论，即最近的变暖增加了超过TW=35°C的温度，但在整个观测记录中，这个阈值很可能偶尔达到(图2)。海洋对这些数值的强烈影响在图1中也很明显。

为了进一步评估我们的GEV外推的物理真实性，我们另外检查了观测到的年最大(月平均)海温。与海洋表面完全平衡的大气边界层将处于饱和状态，并具有与下伏SSTs相同的温度，这意味着，原则上，35°C是可以维持上方空气中TW临界35°C值的最低SST。在现实中，如果极端海温以上的气团停留时间太短，就不会实现平衡，如果大气的垂直剖面允许强烈的表面加热引发深层对流，这种情况就更有可能发生(10)。因此，目前的大规模SST及其趋势可能会为我们对极端TW的预测在物理上是否可信提供一些指导。正是在这种背景下，我们注意到波斯湾的月平均海温首次超过35摄氏度的门槛，达到35.2摄氏度(图5)。因此，我们对35°C的大尺度海洋TW≥35°C的GEV预测，在变暖小于1.5°C的情况下，似乎与相同尺度下的海温观测结果在物理上是一致的。通过一个独立的海洋观测数据库(见补充材料)(21)，波斯湾的点尺度、每小时海温和海温对台基≥35°C事件提供了类似的佐证，我们在该数据库中发现，自1979年以来，海温每年都超过35°C，2017年7月至9月的观测值中约33%超过了这一门槛。2017年夏天，波斯湾水上TW≥35°C的报告也达到了峰值，占那里所有TW测量值的6%。

我们在这里采用的基于站的方法和在以前的研究(14-16)中采用的基于模型的方法代表了不同的方法来获得关于全球TW极端的成因和特征的有价值的观点。测站数据的主要优势是能够精确捕捉当地情况，但即使是最好的测站数据也有局限性、不确定性和潜在的未观测到的湿度偏差(例如，由于观测程序、仪器类型或选址)，以及高度不完整的空间覆盖(见补充材料中的讨论)(32，33)。相比之下，再分析产品和高分辨率区域模式满足了时空连续性和一致性的需要，并允许分析额外的变量，但往往低估了极端情况(34)。

在这项研究中，我们证明，努力更好地理解极端热带气旋将受益于进一步仔细检查，并改进标准化和集成，以缓解模式的缺陷-特别是在沿海地区

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