地中海地区快速升温导致2002年左右中国南方地区径流量骤降

《Journal of Hydro-environment Research》：Mediterranean rapid warming drives abrupt runoff decline in South China around 2002

南中国夏季径流在2002年左右发生显著十年突变减少，主要受地中海SST快速升温驱动，通过大气波动东传形成异常高压系统，导致区域水分汇散和降水减少。方法包括移动t检验、随机森林回归和耦合模型模拟，验证了SST突变与径流变化的关联。

　　在气候系统中，区域水文气候的变化常常与全球范围内的海洋和大气相互作用密切相关。本研究聚焦于中国南方地区，特别关注2002年前后夏季径流的显著变化，以及这一变化与地中海海表温度（SST）快速增暖之间的潜在联系。通过结合多种分析方法，包括移动t检验技术、随机森林回归模型和SPEEDY-Vegas耦合模型实验，研究揭示了地中海SST变化如何通过大气波列传播，进而影响中国南方地区的水文气候系统。

中国南方地区位于湿润地带，是东亚季风系统的核心区域，其气候深受海洋-陆地-大气相互作用的影响。该地区的河流湖泊网络复杂，水文过程多样，这使得研究其径流变化与大尺度气候变量之间的关系具有重要意义。近年来，全球变暖显著改变了全球水循环的模式，包括蒸发和降水的增强，以及极端事件和气候模式转变的频率和强度增加。这些变化对中国南方地区的水资源供给和生态系统稳定性产生了深远影响，特别是夏季径流的减少趋势。研究发现，2002年左右中国南方地区出现了显著的夏季径流十年突变（DAC），这一变化与地中海SST的快速增暖在时间上存在同步性，表明两者之间可能存在远距离气候联系。

通过使用移动t检验技术，研究确定了2002年作为中国南方夏季径流突变的关键年份。这一方法能够有效检测出时间序列中的突变点，并通过控制多个气候因子的演变过程，减少检测误差。同时，研究还引入了随机森林回归模型，以量化不同气候因子对径流变化的相对贡献。结果显示，降水变化是夏季径流突变的主要驱动因素，而土壤湿度和蒸发则起到了次要作用。这种量化分析不仅有助于识别主要的驱动机制，还能揭示气候变量之间的复杂相互作用。

为了进一步验证这一远距离气候联系，研究采用了SPEEDY-Vegas耦合模型进行数值实验。SPEEDY-Vegas模型结合了大气环流模型和陆地生态系统模型，能够模拟大气与地表之间的能量和水分交换过程。实验结果表明，地中海SST的快速增暖会触发一个向东传播的大气波列，从而在东亚地区形成异常的高压系统，导致区域水分发散和地表干燥，最终引发径流减少。这种机制在多个模型模拟中得到了验证，特别是在AMIP模型的集合平均结果中，可以观察到地中海SST变化对中国南方降水和风场的显著影响。

此外，研究还通过分析大气波活动通量（WAF）进一步探讨了大气波列的传播特性。WAF被用来量化波活动的水平分量，揭示了波列如何影响区域气候模式。结果显示，2002年左右地中海SST的突变导致了东亚地区的大气波列变化，这与观察到的中国南方地区水分发散和降水减少相一致。这种波列的传播路径和强度在多个模型模拟中得到了验证，表明地中海SST的变化确实能够通过大气波列影响中国南方的气候系统。

研究还考虑了不同气候模式对区域水文变化的影响，包括太平洋年代际振荡（PDO）、大西洋多年代际振荡（AMO）、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）以及北大西洋热带SST（NTA）。结果显示，这些模式对南方地区径流变化的影响相对较弱，而地中海SST的变化则具有显著的负相关性，表明其在区域气候突变中扮演了更为关键的角色。进一步的偏相关分析也支持了这一结论，即使排除了其他模式的影响，地中海SST与南方地区径流之间的关系依然显著。

通过综合多种观测数据和模型模拟，研究揭示了中国南方地区夏季径流突变的物理机制。这一机制不仅涉及降水、温度、土壤湿度和蒸发等本地气候变量，还受到地中海SST变化的远程影响。具体而言，地中海SST的快速增暖触发了一个向东传播的大气波列，形成了东亚地区的异常高压系统，进而导致区域水分发散和地表干燥，最终引发径流的显著减少。这一发现为理解远距离海洋-大气相互作用如何影响区域水文气候提供了新的视角。

然而，研究也指出了一些需要进一步探讨的问题。例如，虽然降水变化被确认为夏季径流突变的主要驱动因素，但其他潜在的陆气耦合变量和流域尺度过程（如地下水-地表水相互作用、河流通道的水流调节和水库运行）可能对径流变化产生重要影响。此外，研究未考虑人为因素（如土地利用变化、城市化和水管理措施）对径流变化的潜在影响，这些因素在区域水资源管理中同样不可忽视。

综上所述，本研究通过多种方法揭示了地中海SST变化与中国南方地区夏季径流突变之间的联系，为理解远距离气候相互作用对区域水文气候的影响提供了新的证据。未来的研究可以进一步探索其他SST模式（如AMO和IPO）对区域气候突变的潜在作用，并考虑更多人为因素对径流变化的影响，以更全面地理解全球变暖背景下区域水文变化的复杂机制。