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热带是全球水循环最活跃的区域之一，也是中尺度对流系统活动频繁的地区。热带降水具有显著的季节循环特征，其变化与大尺度环流、海气相互作用以及云和对流过程密切相关。已有研究围绕全球变暖如何改变热带降水季节循环开展了大量工作，对相关物理机制的认识不断深入。然而，受限于传统全球气候模式难以直接解析中尺度对流系统等组织化对流过程，不同天气系统对热带降水的贡献，以及这些天气系统如何响应全球变暖，仍缺乏清晰认识。
热带降水由多种天气过程共同产生，其中中尺度对流系统是重要的降水和强降水系统。其形成和演变同时涉及云、深对流、中尺度天气系统和大尺度环流等多个空间尺度，对气候模式的多尺度过程表征能力提出了较高要求。传统全球气候模式难以直接解析这类组织化对流过程，因而限制了对热带降水由何种天气系统产生，以及不同降水系统如何响应气候变暖的认识。
8月14日，Nature Geoscience发表了由中国科学院大气物理研究所与厦门大学、中国海洋大学等单位合作完成的研究论文，题为“Changes in the tropical rainfall seasonal cycle dominated by mesoscale convective systems”。研究从天气系统视角揭示了中尺度对流系统在未来热带降水季节循环变化中的重要作用。结果表明，中尺度对流系统降水对全球变暖的响应显著强于非中尺度对流系统降水，在高排放情景下，其季节循环振幅增强38%–45%，季节峰值推迟10–15天，并主导未来热带降水季节循环的变化。
针对这一问题，研究团队采用将高分辨率全球气候模式与公里级云解析模式相耦合的多尺度全球气候模式，显式模拟深对流过程，并开展了长达十年的全球气候模拟（图1）。研究人员进一步识别和追踪模式中的中尺度对流系统，将热带降水划分为中尺度对流系统降水和非中尺度对流系统降水，从而分析不同天气系统对热带降水季节循环及其未来变化的贡献。
研究发现，在高排放情景下，中尺度对流系统降水的季节循环振幅增强38%–45%，季节峰值推迟10–15天，其变化幅度明显强于热带平均降水（图2）。进一步分析表明，季节初期中尺度对流系统发生数量减少，是导致其降水季节峰值推迟的主要原因，这一变化与热带Hadley环流季节性迁移速度减慢有关；与此同时，单个中尺度对流系统的降水强度显著增强，主要驱动了其降水季节循环振幅的增加。
研究进一步发现，中尺度对流系统降水对全球变暖的响应明显强于非中尺度对流系统降水。这表明，构成热带总降水的不同天气系统具有不同的气候敏感性。传统分析通常关注总降水或区域平均降水的变化，但将不同天气系统产生的降水汇总后进行分析，可能掩盖真正主导未来降水变化的关键天气过程。通过将总降水进一步分解到具体天气系统，该研究揭示了中尺度对流系统在未来热带降水季节循环变化中的主导作用。
该研究表明，理解未来降水变化不仅需要关注“降水变化了多少”，还需要进一步明确“这些降水由何种天气系统产生”。不同天气系统产生的降水在强度、持续时间和空间组织等方面存在明显差异，因此，即使平均降水变化相近，其对应的极端降水及相关气候风险也可能存在较大差别。中尺度对流系统通常能够在较短时间内产生大量降水，与短时强降水和洪涝等高影响天气密切相关。因此，从天气系统尺度认识未来降水变化，有助于进一步理解全球变暖背景下热带水循环及极端降水风险的变化。
该研究同时体现了多尺度全球气候模式在研究云—对流—环流跨尺度相互作用方面的优势。与难以直接解析中尺度对流系统的传统全球气候模式相比，多尺度模式能够进一步识别产生降水的具体天气系统及其变化，从而将大尺度气候响应与中尺度天气过程联系起来，为揭示全球变暖如何通过不同尺度的大气过程影响热带降水提供了新的研究视角。
论文第一作者郭潇洁为中国科学院大气物理研究所2026届硕士毕业生，论文通讯作者为厦门大学林光星教授和中国海洋大学宋丰飞教授。中国科学院大气物理研究所陈曦研究员、吴成来研究员、博士生廖威和硕士毕业生毕菲娅参与了该项研究。其他合作者包括厦门大学硕士生郭旭阳、美国太平洋西北国家实验室Zhe Feng研究员、中国海洋大学高阳教授、博士生寇文彬和宋劲妍，以及美国纽约州立大学奥尔巴尼分校Aiguo Dai教授等。该研究获得国家自然科学基金（批准号：42275086、42475029）、厦门海峡开放实验室开放项目（项目号：2025KF02）及地球系统数值模拟装置（EarthLab）等项目的共同资助。
论文信息：
Guo, X., Lin, G., Song, F., Guo, X., Feng, Z., Chen, X., Kuo, W., Gao, Y., Song, J., Liao, W., Bi, F., Wu, C. & Dai, A. (2026). Changes in the tropical rainfall seasonal cycle dominated by mesoscale convective systems. Nature Geoscience. https://doi.org/10.1038/s41561-026-02072-4 .
图1 多尺度模拟框架（MMF）改善热带中尺度对流系统降水及其季节循环并改善热带总降水气候态
图2 高增暖情景下热带降水季节循环的增强和延迟由中尺度对流系统主导 | 
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