Heatwaves are becoming more frequent under climate change and can lead to thousands of excess deaths. Adaptation to extreme weather events often occurs in response to an event, with communities learning fast following unexpectedly impactful events. Using extreme value statistics, here we show where regional temperature records are statistically likely to be exceeded, and therefore communities might be more at-risk. In 31% of regions examined, the observed daily maximum temperature record is exceptional. Climate models suggest that similar behavior can occur in any region. In some regions, such as Afghanistan and parts of Central America, this is a particular problem - not only have they the potential for far more extreme heatwaves than experienced, but their population is growing and increasingly exposed because of limited healthcare and energy resources. We urge policy makers in vulnerable regions to consider if heat action plans are sufficient for what might come
Record-breaking temperature extremes can cause severe impacts on society and the environment, as was seen in western North America in June 20211,2,3. Identifying which regions globally have perhaps been lucky not to have experienced higher temperature extremes so far is important and is the focus of this study. Often, regions are only prepared for events as extreme as they have already experienced, with planning initiated by past disasters. Policymakers and governments need to prepare for events beyond current records – particularly with trends caused by anthropogenic climate change enhancing the probability of extremes4
Heatwaves are deadly—but better preparation can save lives5,6. Planning ahead can reduce mortality from climatic extremes. For example, city heat plans that include actions such as establishing cooling centres or reducing hours of work for outdoor workers can reduce heat impacts. Policy changes following the 2003 European heatwave led to fewer deaths after the similar magnitude 2006 event7, and humanitarian response plans in Bangladesh reduced mortality from Cyclone Amphan in 20208
Understanding the likelihood of such extreme heat events is essential to allow society to prepare for them, but by their very definition, these events are rare9. The chance of extremes can be assessed using the observational record but, with global records of daily data only spanning the last century, it is hard to estimate reliable return periods for rare events10,11
When investigating extreme heat events, decisions must be made about how the extreme is measured12. We use the annual maximum value of daily maximum temperature (TXx), which is recommended by the World Meteorological Organisation (WMO) for assessing heatwaves13. There are many alternative climatic extreme measures, such as a count of (multiple) days above a threshold14 or above a percentile15. Some regional studies use heat comfort indices, which combine temperature with humidity16. The minimum temperature may also be used—high nighttime temperatures prevent the body from cooling, increasing health impacts17. The alternative measures are often best suited to particular regions; as we carry out a global study we use TXx
The aim of this study is to identify which regions globally have perhaps been lucky not to have experienced higher temperature extremes so far. We argue that these regions may be particularly vulnerable to the impacts of a record heatwave because there has been no need for adaptation thus far. We use extreme value theory (EVT) to assess return periods of observed temperature extremes globally. We begin by investigating the western North American heatwaves of June 2021 as an example of the technique in a region which has been shown to have experienced an event beyond the statistical maximum. We then use the same methods to assess daily heat extremes globally, identifying where in the world the current record has a short return period. We also identify regions where the observed record temperatures appear statistically implausible prior to their occurrence. Furthermore, we use results from the analysis of large ensembles of climate models to support the conclusions from the observational record
EVT provides a statistical method to estimate the return periods of rare events—under the assumption that all events are from the same distribution18. In climate science, this technique is used to assess meteorological extremes in both observations and climate models19,20,21. When the event statistics are nonstationary, for example, because of external forcing such as greenhouse gas forcing, EVT can be extended to allow for this. When estimating the return period of climate extremes, to allow for climate change, a linear relationship with global mean surface temperature is often assumed. For example, when investigating the Siberian summer heatwave of 202022 and the southern USA flooding in August 201623. This assumption may be invalid; the relationship can be non-linear and vary regionally. For example, non-linear interactions between soil moisture and surface temperature may affect the events24. Local forcings, such as aerosols or irrigation, may influence specific regions leading to inaccuracies when applying one method globally25,26. EVT assumes data points are independent; if local decadal variability prevents this, it may affect the results27. The historical records may not sample the full range of situations that give rise to extremes. In these cases, extrapolation to the rarest events without any additional knowledge of the physical mechanisms involved in such extremes may lead to inaccuracies. Despite these limitations, EVT is considered the best practice for estimating extremes11,27
أصبحت موجات الحر أكثر تواتراً في ظل تغير المناخ ويمكن أن تؤدي إلى آلاف الوفيات الزائدة. غالبًا ما يحدث التكيف مع أحداث الطقس المتطرفة استجابةً لحدث ما ، حيث تتعلم المجتمعات بسرعة بعد الأحداث المؤثرة بشكل غير متوقع.
باستخدام إحصائيات القيمة القصوى ، نعرض هنا الأماكن التي من المحتمل إحصائيًا أن يتم فيها تجاوز سجلات درجات الحرارة الإقليمية ، وبالتالي قد تكون المجتمعات أكثر عرضة للخطر. في 31٪ من المناطق التي تم فحصها ، كان سجل درجة الحرارة القصوى اليومية المرصود استثنائيًا. تشير النماذج المناخية إلى أن سلوكًا مشابهًا يمكن أن يحدث في أي منطقة. في بعض المناطق ، مثل أفغانستان وأجزاء من أمريكا الوسطى ، هذه مشكلة خاصة - ليس فقط لديهم إمكانية لموجات حر أكثر شدة بكثير مما حدث ، ولكن سكانها ينموون ويتعرضون لاثارها السلبية بشكل متزايد بسبب محدودية موارد الرعاية الصحية والطاقة لديهم.
نحث صانعي السياسات في المناطق المعرضة للخطرعلى النظر فيما إذا كانت خطط العمل المتعلقة بالحرارة الشديدة ، الحراللافح ، كافية لما قد يحدث.
يمكن أن تتسبب درجات الحرارة المتطرفة التي تحطم الرقم القياسي في حدوث تأثيرات شديدة على المجتمع والبيئة ، كما شوهد في غرب أمريكا الشمالية في يونيو 2021. من المهم تحديد المناطق التي ربما كانت محظوظة على مستوى العالم لعدم تعرضها لدرجات حرارة قصوى أعلى حتى الآن وهو محور هذه الدراسة. في كثير من الأحيان ، تكون المناطق مستعدة فقط للأحداث المتطرفة التي شهدتها بالفعل ، مع بدء التخطيط من خلال الكوارث السابقة. يتعين على صانعي السياسات والحكومات الاستعداد للأحداث التي تتجاوز السجلات الحالية - لا سيما مع الاتجاهات التي يسببها تغير المناخ البشري المنشأ الذي يعزز احتمالية حدوث الظواهر المتطرفة 4.
موجات الحر قاتلة - لكن الاستعداد الأفضل يمكن أن ينقذ الأرواح 5،6. التخطيط المسبق يمكن أن يقلل من الوفيات الناجمة عن الظروف المناخية المتطرفة. على سبيل المثال ، يمكن أن تقلل خطط تدفئة المدينة التي تتضمن إجراءات مثل إنشاء مراكز تبريد أو تقليل ساعات العمل للعاملين في الهواء الطلق من تأثيرات الحرارة. أدت تغييرات السياسة في أعقاب موجة الحر الأوروبية عام 2003 إلى عدد أقل من الوفيات بعد حدث 2006 الذي كان بحجم مماثل ، وخفضت خطط الاستجابة الإنسانية في بنغلاديش الوفيات الناجمة عن إعصار أمفان في عام 2020.
يعد فهم احتمالية حدوث مثل هذه الأحداث الشديدة الحرارة أمرًا ضروريًا للسماح للمجتمع بالاستعداد لها ، ولكن من خلال تعريفها ذاته ، فإن هذه الأحداث نادرة. يمكن تقييم فرصة الظواهر المتطرفة باستخدام سجل المراقبة ، ولكن مع وجود سجلات عالمية للبيانات اليومية تمتد فقط القرن الماضي ، من الصعب تقدير فترات عودة موثوقة للأحداث النادرة.
عند التحقيق في أحداث الحرارة الشديدة ، يجب اتخاذ قرارات حول كيفية قياس أقصى درجات الحرارة. نستخدم القيمة القصوى السنوية لدرجة الحرارة القصوى اليومية (TXx) ، والتي أوصت بها المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) لتقييم موجات الحرارة. هناك العديد من المقاييس المناخية المتطرفة البديلة ، مثل عدد الأيام (المتعددة) فوق عتبة 14 أو أعلى من النسبة المئوية 15. تستخدم بعض الدراسات الإقليمية مؤشرات الراحة الحرارية ، والتي تجمع بين درجة الحرارة والرطوبة. يمكن أيضًا استخدام الحد الأدنى من درجة الحرارة - درجات الحرارة العالية ليلا تمنع الجسم من التبريد ، مما يزيد من الآثار الصحية 17. غالباً ما تكون التدابير البديلة هي الأنسب لمناطق معينة ؛ أثناء إجرائنا لدراسة عالمية ، نستخدم TXx.
الهدف من هذه الدراسة هو تحديد المناطق على مستوى العالم التي ربما تكون محظوظة لعدم تعرضها لارتفاع درجات الحرارة القصوى حتى الآن. نجادل بأن هذه المناطق قد تكون معرضة بشكل خاص لتأثيرات موجة الحر القياسية لأنه لم تكن هناك حاجة للتكيف حتى الآن. نحن نستخدم نظرية القيمة القصوى (EVT) لتقييم فترات عودة درجات الحرارة القصوى الملحوظة على مستوى العالم. نبدأ بالتحقيق في موجات الحرارة في غرب أمريكا الشمالية في يونيو 2021 كمثال للتقنية في منطقة ثبت أنها شهدت حدثًا يتجاوز الحد الأقصى الإحصائي. ثم نستخدم نفس الأساليب لتقييم درجات الحرارة القصوى اليومية على مستوى العالم ، وتحديد المكان في العالم الذي يحتوي السجل الحالي على فترة عودة قصيرة. نحدد أيضًا المناطق التي تبدو فيها درجات الحرارة القياسية الملحوظة غير قابلة للتصديق إحصائيًا قبل حدوثها. علاوة على ذلك ، نستخدم نتائج تحليل مجموعات كبيرة من النماذج المناخية لدعم الاستنتاجات من سجل الرصد.
يوفر EVT طريقة إحصائية لتقدير فترات عودة الأحداث النادرة - على افتراض أن جميع الأحداث من نفس التوزيع 18. في علم المناخ ، تُستخدم هذه التقنية لتقييم الظواهر الجوية المتطرفة في كل من الملاحظات والنماذج المناخية. عندما تكون إحصائيات الأحداث غير ثابتة ، على سبيل المثال ، بسبب التأثير الخارجي مثل تأثير غازات الاحتباس الحراري ، يمكن تمديد EVT للسماح بذلك. عند تقدير فترة عودة الظواهر المناخية المتطرفة ، للسماح بتغير المناخ ، غالبًا ما يُفترض وجود علاقة خطية مع متوسط درجة حرارة سطح الأرض. على سبيل المثال ، عند التحقيق في موجة الحر في صيف سيبيريا لعام 202022 وفيضانات جنوب الولايات المتحدة الأمريكية في أغسطس 2016 23. قد يكون هذا الافتراض غير صالح ؛ يمكن أن تكون العلاقة غير خطية وتختلف إقليمياً. على سبيل المثال ، قد تؤثر التفاعلات غير الخطية بين رطوبة التربة ودرجة حرارة السطح على الأحداث. قد تؤثر التأثيرات المحلية ، مثل الهباء الجوي أو الري ، على مناطق معينة مما يؤدي إلى عدم الدقة عند تطبيق طريقة واحدة على مستوى العالم. تفترض EVT أن نقاط البيانات مستقلة ؛ إذا كان التباين العقدي المحلي يمنع ذلك ، فقد يؤثر على النتائج. قد لا تأخذ السجلات التاريخية عينة من النطاق الكامل للمواقف التي تؤدي إلى التطرف. في هذه الحالات ، قد يؤدي الاستقراء إلى الأحداث النادرة دون أي معرفة إضافية بالآليات الفيزيائية التي تنطوي عليها مثل هذه الحالات المتطرفة إلى عدم الدقة. على الرغم من هذه القيود ، تعتبر EVT أفضل ممارسة لتقدير التطرف المناخي.
Download PDF الدراسة كاملة
https://www.nature.com/articles/s41467-023-37554-1
ENFRWC الشبكة المصرية
أثني عشر عام مكرسة لخدمة القطاع الناشئ
Years Devoted to serving the RE sector & Water fields Twelve
More than 140.000 Followers worldwide
اكثر من 140.000 متابع حول العالم
