1948年至2021年间，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）对青藏高原西部地区秋季大气环流影响的增强

《Global and Planetary Change》：Amplification of ENSO'S influence on the atmospheric circulation over Western Tibetan Plateau in Autumn during 1948–2021

ENSO对西部藏区大气环流的影响增强，主要因热带西太平洋海温异常加剧，通过大气环流遥相关调控西风槽等关键系统。

江阳杰|李晓峰|周欣|海莉·J·福勒|杨松

中山大学大气科学学院与南方海洋科学与工程广东实验室（珠海），中国广东省珠海市519000

摘要

作为热带印度-太平洋地区主要的年际自然变化因素，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）已被证实显著影响西藏西部高原（TP）秋季的大气环流年际变化。本研究进一步表明，近几十年来ENSO对西藏西部高原大气环流的影响正在增强。这一现象表现为：自20世纪60年代以来，ENSO年际强度变化与西藏西部涡旋（WTV）主导环流变化之间的负相关系数每十年增加0.06。我们认为，与以往几十年相比，近年来ENSO变化引起的热带西太平洋（TWP）海表温度（SST）异常更为显著，这是主要原因。为了验证这些TWP SST异常的关键作用，我们使用CAM4模型进行了SST强迫实验。在仅考虑与近期ENSO事件相关的整个印度-太平洋或仅考虑TWP SST的实验中，ENSO对WTV的显著影响得到了很好的再现。相反，如果忽略TWP SST异常，实验就无法再现ENSO的影响。因此，我们得出结论：ENSO对西藏西部高原大气环流的影响正在增强，这主要归因于近年来与ENSO事件相关的TWP SST异常更为显著。这加深了我们对热带与西藏高原气候之间热力学耦合过程的理解。

引言

厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是热带地区最重要的自然年际循环现象，它驱动全球环流和气候异常（Bjerknes, 1969; Horel and Wallace, 1981; Webster and Yang, 1992; Neelin et al., 1998）。亚洲的天气和气候也受到ENSO的显著影响（Zou and Ni, 1998; Yi-min et al., 2007; Dong et al., 2023）。Li和Zeng（2013）指出，黄河流域秋季降雨受到向西传播的罗斯贝波（Rossby wave）通过ENSO的影响。Zhang等人（2014）发现，近几十年来ENSO的变化加剧了中国南部的秋季干旱。此外，Hu等人（2018a, 2018b）发现，ENSO的变化导致西北太平洋热带气旋生成位置向西移动，并驱动了亚热带东亚-西太平洋地区的双极型秋季降水变化（Hu et al., 2018a, 2018b）。最近，Sun等人（2022）记录了ENSO和北极海冰的共同作用导致了2020/2021年秋冬期间中国南部的严重持续性干旱。

ENSO的变异性在过去更为强烈，并预计在气候变暖的情况下会进一步增强（Cai and Coauthors, 2015; Cai and Coauthors, 2021; Cai et al., 2022; Cai and Coauthors, 2023）。此外，ENSO对亚洲地区的影响具有十年尺度的变化特征。Kumar等人（1999）发现，自1970年以来，ENSO与印度夏季季风之间存在反相位关系，他们将这一现象归因于冬季和春季欧亚大陆上 Walker环流和地表温度的变化（Kumar et al., 1999）。Wu等人（2010）也注意到中国东北部ENSO与夏季温度之间的类似变化关系。Yang和Huang（2021）记录了自1999/2000年以来ENSO与印度夏季季风降雨之间的关系有所恢复。

在西藏西部高原（TP）上，一个新的大规模大气模式——“西藏西部涡旋”（WTV）（Forsythe et al., 2017; Li et al., 2018）因其对地表天气和气候的关键调节作用而受到广泛关注。WTV全年存在，中心位于西藏西部高原（图S1）。它具有涡旋结构，在正相位（负相位）期间表现为异常的反气旋（气旋）环流。此外，WTV具有准正压结构，从中低层对流层延伸至低平流层。其东西跨度约为印度半岛的3-4倍（Forsythe et al., 2017; Li et al., 2018），其天气尺度约为6天（Lei et al., 2025），是西藏西部高原主要的大气环流年际变化因素（Wang et al., 2023）。WTV通过绝热（Li et al., 2019）和辐射（Li et al., 2022; Wang et al., 2025a, Wang et al., 2025b）过程影响西藏西部高原的空气温度、降水和总臭氧柱。夏季WTV的减弱导致西藏西部高原2米高度的温度降低，这部分解释了（Forsythe et al., 2017）该地区冰川融化或膨胀速度减缓的现象（Hewitt, 2005）。简而言之，WTV是一个反常的气旋（反气旋）环流系统，在西藏西部高原中高层具有负（正）位势高度异常，对西部高原及邻近平原地区的天气和气候有显著影响。

最近的研究表明，WTV受到远程大气系统（包括ENSO）的显著影响。Lei等人（2025）发现，NAO主要通过影响西藏西部高原南北方向的纬向风来调节WTV。Jiang等人（2025）发现，秋季WTV的年际变化受到ENSO的显著影响。具体来说，在拉尼娜（厄尔尼诺）事件期间，热带西太平洋（TWP）的SST异常会增强（减弱）印度洋上的Walker环流，导致热带印度洋上层出现大规模东风（西风）异常。由于准地转平衡，西藏西部高原的位势高度增加（减少），从而形成反气旋（气旋）WTV。鉴于过去ENSO更为强烈，自然会提出以下问题：（1）ENSO对WTV的影响在历史上是否稳定？（2）这种不稳定的关系是否由ENSO的变化引起？

本文的其余部分结构如下：第2节介绍数据、方法和建模；第3节探讨ENSO对WTV影响的十年变化；第4节分析相关性最强和最弱的时期及其潜在驱动因素；第5节进行实验以确定这些驱动因素；最后，第6节和第7节分别提出结论和讨论。

数据

月平均数据主要来源于欧洲中期天气预报再分析中心v5（ERA5）（Hersbach and Coauthors, 2020），该数据在西藏西部高原的表现优于其他传统再分析数据集（Wang et al., 2025a, Wang et al., 2025b）。使用的变量包括纬向风（单位：m/s）、经向风（单位：m/s）、位势高度（HGT，单位：m）和海表温度（SST，单位：K）。分析的时间段为

近几十年来ENSO对WTV影响的增强

先前的研究表明，ENSO在年际时间尺度上显著影响WTV的变异性（Jiang et al., 2025）。本研究发现，近几十年来ENSO对秋季WTV的影响正在增强。如图1a所示，从20世纪60年代至今，秋季Ni?o3.4指数与秋季KZI指数之间的21年滚动相关性逐渐减弱。在整个研究期间，ENSO与WTV之间的负相关性每十年增加0.06，具有统计学意义

高层对流层风和位势高度异常

在GCP和BCP期间（图3a与图3b对比），热带中东太平洋150 hPa高度层出现一对对称的反气旋异常。这种模式与Gill（1980）提出的理论模型一致，即高层对流层对同一区域热带SST异常的反应（图3a,b）。

然而，在西藏西部高原上，GCP和BCP之间的ENSO相关高层环流存在显著差异（

CAM4模型中ENSO对WTV的模拟影响

为了验证近几十年来ENSO对WTV变异性的增强作用，并研究TWP SST异常的作用，我们使用CAM4模型进行了SST强迫实验。在ENSO事件期间，直接使用印度-太平洋地区（30°E-80°W, 30°S-30°N）的合成SST异常（未经放大，图4）作为CAM4的热力强迫输入。ENSO事件的选取标准是Ni?o3.4区域内SST标准差大于0.5。

结论

本研究发现，特别是自1984年以来，ENSO对秋季WTV的调节作用正在增强。根据21年滚动相关性分析，ENSO与WTV之间的负相关性每十年增加约0.06，具有0.05的显著性水平。为了找出主要驱动因素，我们选择了相关性较好的时期（1991–2011年，GCP）和相关性较差的时期（1951–1971年，BCP）进行对比

讨论

印度洋Walker环流的上层分支（IWC）通常随着ENSO变异性的波动而加速或减速（Sulca, 2021; Wang and Coauthors, 2021）。Jiang等人（2025）指出，IWC的上层分支是ENSO调节WTV年际变异性的关键途径。具体而言，拉尼娜（厄尔尼诺）事件会增强（减弱）SST梯度和对流活动，从而增强（减弱）热带IWC

作者贡献声明

江阳杰：可视化、初稿撰写。李晓峰：监督、资金争取、审稿与编辑。周欣：监督、资金争取、审稿与编辑。杨松：撰写、审稿与编辑。海莉·J·福勒：撰写、审稿与编辑。

未引用的参考文献

Lin et al., 2024a

Lin et al., 2024b

Wang et al., 2017

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）（编号：SML2021SP315）和国家自然科学基金（编号：42175026, 42475036）以及广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室（编号：2023B1212060019）的共同支持。