编者按：看寒来暑往云卷云舒，思古往今来气候变迁，中科院之声与中国科学院大气物理研究所联合开设“大气悟理”，为大家介绍大气里发生的有趣故事，介绍一些与天气、气候和环境相关的知识。
2023年7月11日，“三伏天”正式拉开序幕，目前已经是中伏了，今年的“中伏”长达20天。俗话说：“冷在三九，热在三伏，”三伏天通常出现在小暑与处暑节气之间，是一年之中最为闷热的时段。关于三伏，民间还流传着很多谚语，比如北方常用“头伏饺子二伏面”来反映在伏天期间，天气炎热潮湿，食欲减退，饺子正是传统习俗里开胃解馋的食物，同时面食也有助于补充因高温出汗而流失掉的蛋白质等物质。另外，人们也有用“冬练三九，夏练三伏”来形容练武之人在恶劣天气下磨练意志，那么我们普通人是否也适合在三伏天进行高强度锻炼呢？今年的高温天气似乎比往年来的都要早，这又是为什么呢？接下来我们将从“三伏”的定义以及对人们生活造成的影响来展开详细讨论。一、何为三伏？
三伏是初伏、中伏和末伏的统称，通常始于公历7月中旬，到8月下旬左右结束，时长为30或者40天。
伏天的具体起止日期是根据古代“干支纪日法”来确定的：通常规定夏至后第三个庚日为初伏起始日期，第四个庚日为中伏，立秋后的第一个庚日为末伏起始日期，那么第二个庚日就意味着伏天结束。天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）共十个，两个庚日之间相距十天，因此初伏、末伏都是十天。中伏天数则取决于立秋日期，如下图所示，如果夏至后第五个庚日在立秋之前，那么第六个庚日才是立秋后第一个庚日，中伏持续20天；如果夏至后的第五个庚日在立秋之后，则中伏只有10天。2023年伏天将从7月11日延续至8月19日，共计40天，其中中伏为期20天。值得注意的是：伏天的长短也只是“干支纪日法”与节气之间的对应关系造成的，并不能说明这期间一定会发生更长时间、大范围的极端高温天气。
▲2023年三伏起始日期（红、橙、蓝色圈分别表示初伏、中伏和末伏的开始日期）
二、为何“三伏”是一年最热的时候？
地球上一年四季分布以及冷热变化，其实是由地球公转使太阳直射点南北移动，导致地面接收太阳辐射量变化造成的。太阳直射点在夏至日到达北回归线，此时北半球接收的太阳辐射量最多，随后直射点转向南移动，北半球接收的辐射也随之减少。但是北半球最热的时段并未出现在夏至日附近，而是一个月以后的三伏天，这是什么原因呢？
其实太阳辐射并不是直接加热贴近地面的大气层，而是先穿过大气层加热地球表面，地面再向大气中释放热量，被大气中的二氧化碳等温室气体吸收后，加热大气，并将热量储存在大气中。地球表面的陆地和海洋是一个巨大的热库，一般而言，即使太阳直射点开始往南移，北半球地球表面接收的热量仍大于放出的热量，能量是在不断的累积，并向大气中释放，导致平均温度持续升高，往往到三伏天达到鼎盛，随后再下降。
▲温室效应示意图
三、“三伏”期间我国主要的气候特征
三伏天的气候特征在我国南、北方有着不同的表现形式。相较于入伏前，一个非常明显的变化是高温的主场将从北方转移至南方。
对于南方而言，我国三伏天的开始往往对应着江淮梅雨的结束，副热带高压向北扩展，并逐渐控制江淮、江南地区，强度也可能会进一步加强。副热带高压是夏季影响我国最重要的天气系统之一，它是一种大尺度的反气旋式环流系统，环流系统内部盛行下沉气流，不利于云的形成。因此在副热带高压的控制下，天气常常表现为晴朗少云，风速小且高温湿热的状态。而对于北方地区，由于副热带高压的北抬，水汽会被输送到更北的位置，主降雨带也会随之推进到华北和东北地区，也即进入“七下八上” 的北方汛期。“七下八上”通常指我国华北和东北地区7月下旬到8月上旬降水最为集中，且雨热同期的阶段。南下的冷空气与副热带高压西北侧的暖湿气流相遇，在太行山脉等地形抬升作用的影响下，更容易出现集中且强度更大的暴雨天气过程，其致灾性也相对更强。
四、为何入伏前，北方就已经非常热？
今年入伏之前，华北等地已经经历一轮长达半个多月高强度且大范围的极端酷热天气，例如北京市最高气温在此轮高温天气过程中长期维持在37℃以上，就连以“避暑山庄”著称的河北承德也一度冲破40℃。然而，这类高温热浪天气其实也和入伏前的气候背景有关。
每年6月中旬到7月中旬是江淮梅雨季，而北方则干燥少雨。此轮极端高温天气过程正是由于华北长期受西风带剧烈波动形成的高压脊控制，内部盛行下沉气流，起到绝热增温的作用，并在大气层低层形成大陆暖高压。在它的影响之下，华北地区普遍晴朗少云，光照强烈，非常有利于地面增温。除此之外，我国华北地区还处于太行山脉背风坡，西风翻越山脉会在背风坡也起到下沉绝热增温作用，二者叠加，加剧了这种干燥炎热程度，然而空气相对湿度一般会在40%以下。
入伏以后北方的降水虽然一定程度上可以缓解此前的干热天气，但是在水汽的加持下，空气中的相对湿度会显著增加。中央气象台高级工程师黄威在接受采访时表示：预计17日以后，华北等地部分时段空气湿度可能达到60%以上，意味着从“干热”转为“湿热”，人体可能会变得更加闷热不适。以36℃为例，在同等条件下，当相对湿度为40%时，体感温度为38℃；而当相对湿度达到60%，体感温度将上升至47℃。
▲NOAA炎热指数对照表（括号内为摄氏度）
五、伏天应当注意些什么？
伏天期间，在高温闷热的环境下，人们更加容易出现疲劳并诱发中暑和其他健康问题。比如空气相对湿度较大时，汗液不容易蒸发，身体中的热量难以释放，人体就会感觉到更加闷热。所以在同样的气温条件下，湿热比干热的天气更加容易中暑。这时我们可以通过少量多次喝水补充水分，来促进身体排汗和散热。另外更应该尽量避免长时间暴露在阳光下和进行高强度运动，以防止体温过高、加速脱水和电解质流失，因此“夏练三伏”不一定适合所有人。
在闷热的环境下，大的相对湿度会降低空气含氧量，心脏通过加快心率、冠状动脉收缩等方式保证充足的氧气和能量，致使供应心脏的血流减少，导致人体缺氧。高温热浪也是中老年人常见疾病重要诱因，比如，它可以通过影响睡眠质量，增加心脏负担，诱发心脑血管疾病。同时，更应避免从高温的室外突然走进较冷的空调房，这种“冷热交替”可能会使得血管收缩，血压骤增，并诱发心梗等疾病。六、气候变化对人体健康的潜在风险或将增加
近年来，全球变暖导致中国高温热浪出现频率和强度不断增加，根据联合国防灾减灾署《灾害造成的人类损失2000-2019》报告，2000-2019年期间全球的极端高温事件为432次，而1980-1999期间仅为130次，大幅度增加了232%。当下中国还面临着城镇化和人口老龄化等社会变迁，这可能会不断加剧高温热浪所造成的健康危害和社会影响。根据麻省理工学院科研团队的一项研究结果，作为全球人口密集度最高的区域之一，在全球变暖和农业灌溉因素的共同作用下，华北平原或将成为受高温热浪影响最为严重的区域，夏季出现湿球温度（对空气块加湿，其相对湿度达到100%时达到的温度，实际温度往往比湿球温度高）超过35℃的日数将大幅度增加，这将会极大影响我国近4亿人口赖以生存的家园的宜居性。即使通过控制温室气体排放，把未来全球平均气温上升限制在2℃以内，高温热浪出现频率和强度不断增加对人体健康的危害仍会持续增加。
除了高温本身的风险，全球变暖背景下，气候急剧变化对人体健康的潜在风险也很显著。中国科学院大气物理研究所黄刚研究员团队与中国医学科学院阜外医院、国家心血管病中心王增武教授团队合作开展相关流行病学研究。基线调查时，该研究于2012~2016年纳入3万人开展随访研究，通过4.6年随访共23721人调查数据发现：气温变化每增加1℃，我国人群平均心血管疾病发生风险会增加6%、冠心病发生风险会增加7%、脑卒中发生风险会增加3%。其原因可能是气温变化扰乱了人体正常生理体温调节，导致自主神经功能紊乱，伴随心率增快，血压升高，并心血管负荷，最终诱发潜在的动脉粥样硬化性心脏病。由此可见，人们迫切需要关注如何缓解气候变化对人类产生的影响。首先应当通过减少温室气体排放以及环境保护等方式从根本上减缓全球变暖，采取适当的预防措施和健康管理仍然是降低健康风险的关键，如保持健康的生活方式、合理饮食和定期适度锻炼等。总的来说，古代劳动人民凭借观察和经验积累，发现众多包括“三伏”和二十四节气在内的自然规律。虽然这些规律或许不一定完全适用于当下，但他们的经验对于对当时生产生活和节气划分具有重要意义，也为后人提供了宝贵的参考。同时，我们也应结合科学发展，不断深入探索，更好地理解和应对气候变化以及对人类社会的影响。参考资料
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2. Kang Y.，H. Tang, L. Zhang, S. Wang, X. Wang, Z. Chen, C. Zheng, Y. Yang, Z. Wang*，G. Huang and R. Gao, 2021：Long-term temperature variability and the incidence of cardiovascular diseases: a large, representative cohort study in China，Environmental Pollution (2021): 116831.
3. Chen H, Zhao L, Cheng L, et al. Projections of heatwave-attributable mortality under climate change and future population scenarios in China[J]. The Lancet Regional Health–Western Pacific, 2022, 28.
4.科学网：极端高温影响宜居性，人类如何应对 https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/5/501296.shtm
5. 中科院大气物理研究所：气温变化每增加1℃，心血管病风险增加6% http://iap.cas.cn/gb/xwdt/kyjz/202103/t20210331_5987920.html
6.中科院之声：三伏天是怎么确定的？https://mp.weixin.qq.com/s/QIr5N19R7tyQmEt4ObKxiQ
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