梅雨区复合高温干旱事件：极地和热带的影响

【作者】 李惠心； 孙博； 张仲石； 王会军； 周烨然； 曾佳妮； 周波涛；

【机构】 南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心； 南京信息工程大学大气科学学院； 中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心； 中国地质大学(武汉)环境学院大气科学系； 南通大学地理科学学院；

【摘要】 近年来,在全球变暖背景下,传统上温暖潮湿的梅雨地区(包括中国长江流域、韩国及日本南部)夏季(6-7月)复合高温干旱事件日益频发。当高温与干旱同时出现,对区域生态系统、农业生产和社会经济造成了远超单一极端事件的严重影响。此类事件影响巨大,但背后的物理机制,特别是相关的大尺度环流异常及其与极地、热带气候系统的遥相关过程仍待深入探究。为此,研究综合利用多源观测数据与数值模式开展系统性探讨。研究时段选取1961-2022年,数据涵盖了中国2416个站点观测构建的CN05.1降水和气温数据、ERA5再分析资料(用于分析大气环流和水汽输送等物理量)、以及哈德莱中心海表温度和海冰密集度数据。首先通过联合生存累积分布函数方法构建复合高温干旱事件概率指数(PI),继而利用经验正交函数(EOF)分解与回归分析识别关键环流型及其外部强迫信号。同时,利用大气环流模式CAM5.3.1分别针对巴伦支海海冰异常、类拉尼娜型海温异常及其共同作用开展敏感性试验,以明确各因子的独立和协同作用。研究发现,梅雨区发生复合高温干旱事件时,东亚高空200 hPa存在显著异常反气旋,促使副热带西风急流显著北抬至约45°N。依据高空急流次级环流理论,梅雨区正处于北抬急流出口右侧区域,受显著的下沉运动控制,这一方面抑制降水形成,另一方面增加地表短波辐射,造成局地明显升温,最终促成高温、干旱并发。进一步分析表明,春季(2月)巴伦支海海冰异常减少对梅雨区夏季复合高温干旱具有显著影响。巴伦支海海冰减少通过局地反馈效应引起北极区域增暖,激发向东南传播的Rossby波列。该波列向东亚传播时,梅雨区北部形成显著的正位势高度异常,促使副热带西风急流北抬并加强,最终触发区域性下沉运动,诱发复合高温干旱事件。此外,热带太平洋的类拉尼娜型SST异常同样起关键作用。春季(4月)热带东太平洋的冷海温异常可激发自北美西岸向东沿副热带急流传播的Rossby波列,传播至东亚后与极地信号类似,梅雨区北部出现显著异常反气旋,进一步促使副热带急流北移加强,引发局地下沉运动,造成高温和干旱异常。研究进一步指出,这两条来自极地与热带的影响路径高度独立(相关系数仅0.03),可共同解释1961-2022年间约三分之二的梅雨区轻度及以上复合高温干旱事件。其中约38%事件显著与巴伦支海海冰异常相关,另有约38%与类拉尼娜型海温异常相关,约9%的事件同时受二者影响。这凸显极地与热带系统在调控区域极端气候中的同等重要性。本研究首次系统揭示了梅雨区夏季复合高温干旱事件的"极地-热带协同影响"机制。研究结果强调了春季巴伦支海海冰减少与热带类拉尼娜型海温异常通过激发两支独立的Rossby波列,在东亚区域叠加,最终通过副热带急流及次级环流机制引发区域极端气候事件。数值试验成功再现上述过程,为机制提供了充分验证。研究为提高东亚地区复合型热干旱事件预测水平提供了理论依据,并为区域气候风险防范提出新的科学视角。更多还原