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气候Clim
Roles of External Forcing and Internal Variability in Winter Precipitation Changes Over Central Asia
https://doi.org/10.1029/2025EF006064
文章概况
研究概述
该研究探讨了中亚地区冬季降水（WCAP）变化中外强迫（如温室气体和气溶胶）与内部变率（如大西洋多年代际变率，AMV）的相对贡献，并预测了未来不同排放情景下WCAP的变化趋势。研究发现，温室气体强迫倾向于增加WCAP，而气溶胶强迫则部分抵消这一趋势。AMV的相位转变（冷-暖或暖-冷）通过罗斯贝波列调控WCAP的多年代际变化。未来高排放情景（SSP5-8.5）下，WCAP的湿化趋势将显著增强，且其信号将在2030-2060年间超越自然变率范围，比中排放情景（SSP2-4.5）提前至少十年。
数据和方法
数据来源
1. 降水数据：
- GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）月降水数据（1891-2020），空间分辨率1°×1°。
- CRU（Climatic Research Unit）高分辨率格点降水数据。
- GHCN（Global Historical Climatology Network）站点观测数据。
2. 海表温度（SST）数据：HadISST（Hadley Centre Sea Ice and SST）。
3. CMIP6模型数据：
- 10个气候模型（55个集合成员）的历史实验（1890-2014）和未来情景实验（SSP2-4.5和SSP5-8.5，2015-2099）。
- 包括温室气体（GHG）、气溶胶（AER）和自然强迫（NAT）的单独强迫实验。
方法
1. 外强迫与内部变率的分离：
- 使用多模型集合平均（MME）代表外强迫信号，通过线性回归调整其幅度以匹配观测。
- 内部变率分量通过观测减去调整后的外强迫信号获得。
- 采用11年滑动平均和21年滑动趋势（Theil-Sen中值法）分析多年代际变化。
2. 气候指数计算：
- AMV指数：北大西洋（0°–65°N, 80°W–0°）的SST异常，去除趋势后计算。
- IPO和PDO指数：基于太平洋区域SST异常的EOF分析。
研究思路
1. 观测分析：通过GPCC和CMIP6数据，分析WCAP的历史变化趋势（1891-2014）。
2. 贡献分解：分离外强迫（GHG、AER、NAT）和内部变率（AMV、IPO、PDO）对WCAP的贡献。
3. 机制分析：探讨AMV通过罗斯贝波列调控WCAP的动力学过程。
4. 未来预测：基于SSP2-4.5和SSP5-8.5情景，评估WCAP的湿化趋势及ToE。
主要结论
1. 外强迫与内部变率的贡献
- 温室气体（GHG）强迫：主导WCAP的湿化趋势，通过副热带西风急流（SWJ）南移增强水汽输送。
- 气溶胶（AER）强迫：抑制降水，其效应随工业化进程非线性变化。
- 内部变率（AMV）：主导WCAP的多年代际波动，标准差远超外强迫趋势。
2. AMV的调控机制
- 冷-暖相位转变（1891-1946）：通过罗斯贝波列在中亚激发反气旋异常，抑制降水，将外强迫的湿化趋势（0.19）逆转为干燥趋势。
- 暖-冷相位转变（1947-1997）：增强湿化趋势，罗斯贝波列的能量来源于背景西风急流的斜压能量转换（CP）。
3. 未来情景预测
- 高排放情景（SSP5-8.5）：WCAP湿化趋势达，是历史时期的4倍；ToE提前至2030-2060年。
- 中排放情景（SSP2-4.5）：ToE推迟至2060年后，凸显减排对延缓气候风险的作用。
4. 农业与水资源管理启示
- WCAP内部变率与中亚水稻种植面积显著相关（相关系数0.74-0.77），AMV可作为农业预测的指标。
创新点
1. 首次量化AMV对WCAP多年代际变率的调控作用，揭示其通过罗斯贝波列影响中亚降水的动力学机制。
2. 结合多模型集合与观测数据，提出外强迫信号调整方法，提高贡献分解的准确性。
重要图表
1. 图1：WCAP的历史趋势（1891-2014）及外强迫与内部变率的分解。
2. 图4：AMV与WCAP内部变率的关联及其重建效果。
3. 图5：AMV激发的罗斯贝波列及其对中亚环流异常的调控。
4. 图8：机制示意图，总结外强迫与内部变率对WCAP的协同影响。
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发表于 2025-8-11 16:13:26
