受印度季风影响的全球最高大河流（雅鲁藏布江流域）降水的时空变化：从南风视角的探讨

《Science of The Total Environment》：Spatiotemporal changes of Indian monsoon-influenced precipitation over the world's highest large river: The Yarlung Zangbo River basin from a meridional wind perspective

雅鲁藏布江流域过去四十年的降水时空异质性及其与纬向风的关系研究。通过整合观测数据和WRF模型模拟，发现下游地区纬向风和降水显著下降，中游适度上升，上游基本稳定。下游降水83%由水汽输送主导，中游41%，上游55%。敏感性试验表明纬向风10%减少导致下游降水4.9%下降，中游1.3%上升，上游无响应。揭示了印度夏季风减弱背景下纬向风对流域降水变化的调控机制，为高原水资源管理提供依据。

　　

作者：唐新正、陈吉、李佳业、卢毅

香港大学土木工程系，香港

摘要

随着全球变暖，世界上海拔最高的大型河流流域——青藏高原上的雅鲁藏布江流域（YRB）在过去四十年中经历了显著的水文气候变化。与此同时，印度夏季风（ISM）的减弱改变了经向风模式及其相关的湿气输送，进而影响了整个流域的降水量时空变化。然而，ISM变化、经向风与YRB区域降水趋势之间的关联机制仍不明确。本研究系统地分析了1979年至2019年间YRB降水量变化，并量化了经向风变化在调节6月至9月（JJAS）降水量中的作用。研究结合了多种数据源（包括观测数据和再分析结果）以及天气研究和预报（WRF）模型模拟。结果显示：下游地区的经向风和降水量显著下降，而上游和中游地区则有所增加。值得注意的是，净水汽输入占下游降水量的大约83%，中游为41%，上游为55%，这突显了平流湿气的主导作用，尤其是在下游地区。WRF敏感性实验表明，经向风减弱10%会导致下游降水量减少4.9%，而增强10%则会使中游降水量增加1.3%；上游降水量对经向风的变化不敏感。这些发现阐明了YRB对ISM减弱的响应机制，并强调了经向风在区域降水量变化中的关键作用。研究结果为变化中的季风制度下的水资源管理提供了启示。

引言

青藏高原（TP）被誉为亚洲的水塔，拥有极地以外最大的冰川和冰盖面积，为南亚数十亿人提供重要的水资源（Deng等人，2023；Sun等人，2025；Tian等人，2024）。作为对全球变暖最敏感的地区之一，TP经历了显著的区域性气候变化，这些变化深刻影响了大气环流（Gao等人，2019；Huss和Hock，2018；Niu和Fu，2024；Si等人，2023；Liu等人，2025a；Yao等人，2019）。雅鲁藏布江（YR）发源于喜马拉雅山脉北部山麓，是世界上最长的河流，流经TP面积达24万平方公里，长度约2000公里。这条河流从西向东流经TP南部，然后在纳姆查巴瓦转向南流，穿过雅鲁藏布大峡谷进入印度，称为布拉马普特拉河（Retegui-Schiettekatte等人，2025）。最终，它在孟加拉国与恒河汇合，流入孟加拉湾。自20世纪70年代以来，YR流域（YRB）的升温趋势超过了TP和全球平均温度的升温速度，表明其对气候变化的脆弱性（Cuo等人，2019；Deng等人，2023；Feng等人，2024；Hao等人，2025；Li等人，2023；Ma等人，2024；Wu等人，2021；Xuan等人，2021）。因此，了解YRB内的降水量变化对于理解河流对气候变化的长期水文响应以及合理评估TP及周边地区的水资源安全至关重要。

降水量是水文循环的基本组成部分，在YRB表现出独特的时空变异性（Guo和Tian，2022；Huang等人，2024；Lyu等人，2024；Sang等人，2016）。TP的气候系统受到西风和印度夏季风（ISM）相互作用的影响，西风主导TP北部，而ISM则在TP南部占主导地位（Ma等人，2024；Yao等人，2019）。因此，YRB的降水量分布受到主要由ISM输送的水汽的影响，ISM贡献了YRB 6月至9月（JJAS）期间超过80%的湿气来源（Chen等人，2024b；Guo等人，2023；Ma等人，2024）。先前的研究表明，下游地区的降水量呈下降趋势，尤其是在雨季，且YRB内部存在显著的空间异质性（Huang等人，2024；Sang等人，2016；Wu等人，2021；Yang等人，2023a；Zhang等人，2015）。自1998年以来，ISM显著减弱，导致下游降水量大幅减少（Guo和Tian，2022；Sang等人，2016；Yuan等人，2023）。目前已有大量研究关注ISM在YRB降水量变化中的作用，包括分析ISM的起始时间、持续时间和强度等指标，以及量化湿气来源（Guo和Tian，2022；Guo等人，2023；Li等人，2022；Sang等人，2016；Yang等人，2023a；Yuan等人，2023；Zhao等人，2024）。Guo和Tian（2022）以及Guo等人（2023）发现1975年至2020年间ISM的北界发生了显著北移，影响了TP南部地区的降水量。Li等人（2022）和Sang等人（2016）量化了湿气来源的贡献，强调了ISM的减弱作用，并指出自1998年以来东部YRB的夏季（7月至9月）降水量减少。此外，Yuan等人（2023）研究了高层（700–300 hPa）水汽输送的作用，指出雅鲁藏布大峡谷上层的湿气输送对东部YRB降水量至关重要；而Yang等人（2023a）指出，经向风的汇聚导致的异常水汽输送引起了中部YRB地区夏季（7月至9月）降水量变化。尽管在理解YRB降水量变化及其原因方面取得了进展，但在定量评估ISM对YRB降水量时空变化的影响范围和强度方面仍存在不足，本研究旨在填补这一空白。

本研究通过关注经向风（ISM的关键指标之一）在调节6月至9月降水量变化中的作用来填补这一空白。利用包括中国气象局（CMA）、CRU网格数据集、TPMFD和ERA5在内的多种数据集，以及天气研究和预报（WRF）模型模拟，我们定量分析了1979年至2019年间经向风变化对YRB降量的影响。

本研究旨在：（1）评估6月至9月降量的时空变化；（2）分析水汽通量变化对降量的贡献；（3）评估经向风变化对6月至9月降量的影响；（4）确定YRB各地区降水量变化的成因。我们的发现将有助于理解经向风动态如何影响降水量，从而为YRB的水资源管理提供支持。

研究区域

雅鲁藏布江（YR）发源于喜马拉雅山脉的杰马阳宗冰川，是世界上最长的河流之一。其平均海拔约为4600米，从西向东流经中国南部的TP。YRB的主要部分位于北纬28.00°–31.27°、东经82.00°–97.12°之间，年平均流量约为583.3毫米，年平均降水量为428.7毫米（Liu等人，2014）。值得注意的是，年平均流量...

降水量变化的趋势和特征

图2显示了6个CMA站点的6月至9月降水量时间序列。平均降水量在空间上存在差异，下游地区（林芝和波密站点）的降水量分别为502.9毫米和435.4毫米，而中游地区（泽当、拉孜和江孜站点）分别为315.1毫米、330.1毫米和251.6毫米，上游地区（普兰站点）为70毫米。从图2可以看出，下游地区的降水量显著减少...

结果验证

为了验证第3.4节中的模拟结果，我们分析了ERA-5再分析中的6月至9月降水量和V500 hPa数据，以及CMA观测站的降水量数据。利用ERA-5数据，我们将1979年至2019年的V500 hPa数据根据最高和最低25%的值分为高经向风年份和低经向风年份。具体来说，每年的平均经向风速按降序排列，前10年（高经向风年份）和后10年（低经向风年份）被分类出来...

结论

作为海拔最高的河流流域，雅鲁藏布江流域（YRB）经历了显著的区域性气候和环境变化，这些变化深刻影响了青藏高原及更广泛地区的水资源（Huss和Hock，2018；Si等人，2023；Yao等人，2019）。在气候变化背景下，自1983年以来印度夏季风（ISM）的减弱（Joseph等人，2024）进一步加剧了这一趋势，理解当地降水量变化...

作者贡献声明

唐新正：撰写——初稿、可视化、验证、软件开发、方法论、调查、数据分析、概念构建。陈吉：撰写——审稿与编辑、资金筹集。李佳业：撰写——审稿与编辑、资金筹集、数据管理、概念构建。卢毅：撰写——审稿与编辑、资源协调。

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

本研究得到了国家自然科学基金（NSFC项目编号：91747205）、国家重点研发计划（2023YFC3206700）以及青海省科技厅（项目编号：2024-SF-A6）的重大研究计划的支持。计算工作由香港大学的信息技术服务部门提供。