该研究入选《大气科学进展》2025年第八期封面
极端降水事件因其致灾性而备受关注，但深入理解和准确预测极端降水仍然是一项巨大的挑战。除频率和强度外，降水的持续时间也是衡量降水极端性的重要指标。然而，IPCC指出，目前关于降水持续性的成因和预测研究仍较为有限。对于持续超过14天的降水来说，已经超出了天气预报的范畴，而延伸期和次季节预测往往会低估降水持续性的时间和强度。从时间尺度上说，持续性超过14天的强降水往往与前期海洋模态异常有密切联系，因此，为了理解东亚地区持续性降水的特征和前兆海洋信号，我们在本研究中，聚焦全球海洋模态与中国夏季极端持续性降水（SEPP）之间的月际至年际预测问题，基于1961–2020年台站逐日降水数据和多套格点观测数据，筛选出包括ENSO、印度洋海温海盆一致模（IOB）、太平洋年代际振荡（PDO）、热带北大西洋（TNA）、热带南大西洋（TSA）和西北太平洋海温模态（WNP）在内的六个全球主要海洋模态。进一步利用广义线性回归模型建立了这些海洋模态与SEPP间逐四季超前的定量关系（图1）。研究显示，秋季的TNA、冬季的ENSO、春季的IOB和夏季的WNP对SEPP具有重要影响，其对SEPP的贡献率分别为30.2%、36.4%、38.0%和55.6%。
图1 1961−2020年间日降水强度指数（DPI）第一主模态时间序列（DPI-PC1，蓝线）及其对应的广义线性模型方程 [ESM中的Eqs. (S1–S4)，红线]，分别表示（a）秋季、（b）冬季、（c）春季和（d）夏季。右上角的r和σ分别表示皮尔逊相关系数和均方根误差。所有 r 值均通过95%显著性检验。
我们进一步基于FGOALS-f2模式开展了同期和前期不同海洋模态强迫的数值敏感性试验，并结合水汽收支诊断分析发现，夏季西太平洋和印度洋增暖是水汽平流的主要来源（图2a，e），在副热带高压和亚洲夏季风增强的共同驱动下，水汽通过西太平洋副热带高压南缘的东南气流和印度西南气流输送至中国大陆，长江流域上空表现为异常气旋式环流和水汽通量辐合，有利于降水的产生。而秋季、冬季和春季前期的海洋增暖对水汽水平输送的影响较为有限。垂向水汽输送在四季均有增强，伴随有对流层上升运动的显著加强。图3更直观地展现了SEPP与海洋模态之间的遥相关关系。本研究为理解极端降水在海洋增暖背景下的预测提供了科学依据。
图2 1979–2020年间参照试验（EXP_CTL）与五组敏感性试验 [(a) EXP_ALL, (b) EXP_SON, (c) EXP_DJF, (d) EXP_MAM, (e) EXP_JJA] 垂直积分（1000−300 hPa）水汽通量（箭头，单位：kgm−1 s−1）及其通量散度（填色，单位：10−5 kg m−2 s−1）的差异。图右上角的箭头标尺表示20 kg m−1 s−1。黑线和绿线分别表示参照试验和各敏感性试验中西太平洋副热带高压的边界。
图3 中国夏季极端持续性降水主模态与海洋模态之间的遥相关示意图。红色、绿色、白色和黄色的圆环分别表示夏季、春季、冬季和秋季。百分比表示各海洋模态在对应季节广义线性模型中的贡献率。红色虚线箭头表示海洋模态对SEPP主模态的遥相关影响。蓝色箭头表示水汽输送路径。绿色线条标示了西太平洋副热带高压的位置。
该成果于近期在线发表于《Advances in Atmospheric Sciences》并将作为第8期封面论文正式发表。论文的第一作者为广东海洋大学海洋与气象学院硕士生（中国科学院大气物理研究所客座学生）刘潇喻，通讯作者为广东海洋大学张宇副教授和中国科学院大气物理研究所何编研究员，合作者包括中科院大气所刘屹岷研究员，吴国雄院士，广东海洋大学徐建军教授，中科院大气所包庆研究员，胡文婷副研究员，毛江玉研究员。本研究得到了国家自然科学基金的资助（42122035、42288101、42130605、72293604、42475179和42475020）。本研究的计算得到了国家重大科技基础设施项目“地球系统数值模拟设施”（ https://cstr.cn/31134.02.EL）的支持。
参考文献：
Liu, X. Y., Zhang, Y., He, B. and Coauthors, 2025: The Month-to-Year Precursory and Synchronous Inherent Connections Between Global Oceanic Modes and Extreme Precipitation Over China. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-024-4306-4
来源： https://iap.cas.cn/gb/xwdt/kyjz/202504/t20250416_7599977.html
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发表于 2025-4-18 16:33:24
