《Atmospheric Research》：Interdecadal shift in late spring extreme precipitation on the Eastern Tibetan Plateau driven by Westerly Monsoon Synergy
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该研究基于CN05.1降水数据和NCEP/NCAR再分析数据，分析1961-2020年东部青藏高原（ETP）晚春极端降水（MEP）的突变事件及环流关联。发现1990年代末MEP均值显著增强，突变检测和EOF分析显示该变化与中低层西风减弱、伊朗高压增强、850hPa季风增强及南支槽加深密切相关，揭示西风与季风协同作用驱动MEP增强的机制，并构建MWI指数量化其贡献演变。
李春霜|李金健|尹红|孙善雷|刘彩红|张大全
气候变化与资源利用在复杂地形区域的应用——以四川省为例
四川省成都平原城市气象与环境观测研究站，四川省气象灾害预测与预警工程技术研究中心，成都信息科技大学大气科学学院，中国四川成都610225
摘要
本研究利用CN05.1日降水数据和国家环境预测中心（NCEP）/国家大气研究中心（NCAR）再分析数据，探讨了1961年至2020年间青藏高原东部（ETP）晚春（5月）极端降水（MEP）的年代际变化及其相关环流模式。多重变点检验的结果一致表明，20世纪90年代末极端降水出现了显著的年代际变化，表现为极端降水强度的明显增加。综合分析和回归分析显示，这种变化与中低层环流的演变密切相关：具体而言，高原上游的600-hPa西风减弱，300-hPa伊朗高压增强，来自阿拉伯海和孟加拉湾的850-hPa季风气流增强，南支槽加深。这些环流特征表明极端降水与季风和西风的年代际变化密切相关。此外，基于极端降水与风场的相关性，本研究还建立了季风指数（MI）和西风指数（WI），并通过使用依赖于气候制度的回归权重，进一步构建了季风-西风协同指数（MWI）。回归结果证实，季风、西风及其协同作用通过水分和动力过程共同促进了极端降水的发生。在变化之前，两者的贡献大致相当；变化之后，季风的影响显著增强并占据主导地位。本研究揭示了青藏高原东部极端降水年代际增加与西风和季风环流共同演变之间的紧密联系，为监测环流异常和预测在区域温暖湿润背景下的未来极端降水变化提供了物理基础。
引言
随着全球变暖的加剧，极端降水事件发生频率增加，且对温度升高的敏感性增强，对社会经济系统和环境构成严重威胁（Seneviratne等人，2021年）。观测数据显示，近几十年来北美、中亚和中国等地区的极端降水呈显著增加趋势（Kirchmeier-Young和Zhang，2020年；Wu等人，2019年；Yao等人，2021年）。在这种背景下，深入研究极端降水的形成机制和可预测性对于改善气候风险管理至关重要（Wang等人，2019年；Xu等人，2021年）。
青藏高原（TP）是世界上最高最大的高原，平均海拔超过4000米，被誉为“世界之脊”。其独特的地形对大气环流具有显著的机械和热强迫作用，使其成为全球气候变化的高度敏感区域（Duan等人，2012年；Xu等人，2008年；Yanai等人，1992年）。作为所谓的“亚洲水塔”，TP是全球水循环最活跃的中心之一，也是长江和黄河等主要河流的源头地区（Feng和Zhou，2012年）。
TP的地形显著影响亚洲及周边地区的气候模式，在塑造全球大气环流系统中起着关键作用（Kutzbach等人，1993年；Wang等人，2008年；Wu等人，2007年）。高原阻挡了西风流动，使其分裂成两个分支，在高原周围循环后重新汇合（Ding，1994年）。此外，高原的高海拔加热产生了重要的热强迫作用，对亚洲季风系统的形成和维持至关重要（Duan和Wu，2005年；Hahn和Manabe，1975年）。因此，TP的水文气候受到中纬度西风和南/东亚季风环流的共同影响。
青藏高原东部（ETP）是中国西南部雨季的重要区域。该地区的雨季通常从5月底持续到10月，占年降水总量的70-80%。其降水变化与南亚夏季季风的开始和向北推进以及孟加拉湾和阿拉伯海上低层急流的活动密切相关（Chen和You，2017年；Wu等人，2024年）。特别是5月的降水标志着TP早雨季的开始，表现为降雨量的突然增加和显著的年际变化。在此期间，降水受到南亚夏季季风强度及其从热带印度洋输送的水分的显著影响，这两者都受到印度洋海表温度异常和TP与周围海洋之间热对比变化的调节（Chen和You，2017年；Li和Xiao，2022年）。先前的研究表明，北大西洋变率（包括北大西洋涛动（NAO）相关信号和北大西洋海表温度（SST）异常可以通过改变大尺度环流背景来调节TP的降水，20世纪90年代末期存在明显的年代际变化（Liu和Yin，2001年；Sun等人，2020年；Hu等人，2021年；Yang等人，2024年；Sun等人，2024年）。
春季（3月至5月）是TP从干燥状态转变为湿润状态的关键过渡期。春季降水的变化与农业和畜牧业活动、水文过程的开始以及TP上的生态系统重建密切相关（Feng等人，2022年；Hao等人，2023年；Ma等人，2003年）。近几十年的观测显示，TP的春季总降水量增加，其对年降水量的贡献超过了其他季节（Feng等人，2022年）。本研究重点关注ETP的晚春（5月）极端降水（MEP）。
尽管TP的重要性已得到认可，并且有证据表明自20世纪90年代末以来出现了温暖湿润的趋势，但大多数研究集中在夏季或季节平均降水量上，而针对晚春极端降水的研究相对较少（Duan等人，2012年；Feng等人，2022年；Sun等人，2020年；Yang等人，2024年）。特别是，目前尚不清楚ETP的极端降水是否经历了明显的年代际变化，以及这种变化与西风和季风变化的动态联系。早期研究表明，西风和季风之间的相互作用在TP东南部的晚春降水形成中起着重要作用（Song等人，2022年；Wang等人，2022年），但其对ETP极端降水的影响及其对不同气候制度的依赖性尚未得到系统研究。
为填补这些空白，本研究使用了1961年至2020年的CN05.1日格化降水数据和国家环境预测中心（NCEP）/国家大气研究中心（NCAR）再分析数据，以探讨ETP极端降水的时空特征和年代际变化及其与大尺度环流的耦合关系。首先记录了极端降水的主导空间模式和气候制度转变，然后分析了中低层环流的相关变化，重点关注中层西风和南支季风的综合效应。基于客观识别的变点，通过分段多元回归方法建立了依赖于气候制度的季风-西风协同指数（MWI）。该指数能够量化20世纪90年代末变化前后西风和季风对极端降水的相对贡献，从而确定西风-季风协同作用如何驱动ETP极端降水的年代际增强。
研究区域和数据来源
本研究聚焦于ETP（90°–104°E，27°–39°N；图1），包括青海省部分地区、西藏自治区东部、四川省西部和甘肃省南部（Hu等人，2016年）。降水数据来自CN05.1格化观测数据，水平分辨率为0.25°×0.25°，该数据基于中国气象局运营的2400个地面气象观测站的数据构建。
晚春极端降水的时空特征和突然的年代际变化
在详细分析极端降水（MEP）之前，首先简要考察了春季（3月至5月）的极端降水分布（图S1），以提供背景信息。结果表明，ETP的极端降水阈值从东南向西北逐渐降低，这与以往关于高原降水的研究结果一致（Huang和Zhang，2007年；Wang等人，2018年）。每个月的极端降水量也有所增加（图S2）。
讨论
自20世纪90年代末以来，ETP极端降水的年代际增加与TP水文气候向更温暖湿润状态的转变是一致的。20世纪90年代中期至后期被认为是关键转折点，高原及其周边地区的降水（包括极端降水）和相关水文气候指标表现出显著的年代际变化（Ding等人，2021年；Liu等人，2021年；Hu等人，2022年；Li和Xiao，2022年；Liu等人，
结论
基于CN05.1降水数据和NCEP/NCAR再分析数据，本研究探讨了1961年至2020年间ETP极端降水的年代际变化及其与大尺度环流的关系。主要结论如下：
(1) 20世纪90年代末，ETP的极端降水经历了显著的年代际变化。多重变点检验和EOF分析的结果一致表明，从相对较弱的极端降水状态（1961–1998年）转变为较强的极端降水状态。
作者贡献声明
李春霜：撰写 – 审稿与编辑，数据整理。李金健：撰写 – 审稿与编辑，资金争取，概念构思。尹红：撰写 – 审稿与编辑，概念构思。孙善雷：撰写 – 审稿与编辑。刘彩红：撰写 – 审稿与编辑。张大全：撰写 – 审稿与编辑。
致谢
本研究得到了青海省科技计划（2025-ZJ-736）、国家自然科学基金（U2442207）、四川省科技计划（2024NSFSC1986）以及国家极地地区气候变化监测与预测重点创新团队（NCCCXTD007）的支持。
