《Advances in Climate Change Research》：Why was the mid-to-late summer precipitation variability in the Yangtze River abnormally enlarged since late 1990s?
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在全球变暖背景下，季节内降水变率已增强，对预测及防灾减灾构成重大挑战；这种增强的时相和机制存在区域差异。在长江流域（YRB），夏季降水月际持续性近期减弱及伴随的显著季节内反转构成重大挑战，但调控7月与8月降水关系的年代际机制仍认识不足。本研究表明，该关系在20
在全球变暖背景下，季节内降水变率已增强，对预测及防灾减灾构成重大挑战；这种增强的时相和机制存在区域差异。在长江流域（YRB），夏季降水月际持续性近期减弱及伴随的显著季节内反转构成重大挑战，但调控7月与8月降水关系的年代际机制仍认识不足。本研究表明，该关系在20世纪90年代末前后发生显著年代际转变。在较早时段（1976—1996年；阶段1），YRB的7月和8月降水异常同相；相反，在较晚时段（2000—2020年；阶段2），二者表现出明显反相关系。该转变与大气环流和海表温度（SST）异常变化密切相关。在阶段1，西北太平洋异常反气旋（WNPAC）从7月至8月持续增强并西伸；同时，热带印度洋和热带北大西洋的SST异常——二者均与厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）相联系——以协同方式持续增强WNPAC。然而在阶段2，异常反气旋倾向于从7月至8月减弱；热带太平洋、印度洋和北大西洋SST异常对WNPAC的影响更加分散，其协同作用显著减弱。这种协同效应减弱为YRB盛夏降水季节内变率增强提供了关键外强迫背景。本研究强调YRB盛夏降水异常从同相到反相关系的年代际转变，伴随多个海盆间日益复杂的协同作用以及WNPAC—YRB夏季降水关系的改变。CESM2 Pacific Pacemaker试验进一步支持这些统计发现。
研究背景与问题。全球尺度水文循环变率显著，区域表现复杂。长江流域（YRB）人口稠密、农业重要，东亚夏季风（EASM）驱动夏季降水变率，导致洪旱频繁，威胁生命财产和粮食安全。1998年YRB洪水经济损失超250亿美元、死亡3000余人、1500万人流离失所；2020年YRB经历1961年以来最强梅雨，持续时间62 d、累计降水超750 mm、强度最高；2022年干旱强度、持续时间和范围空前，严重影响农业、生态系统和水资源。因此，理解YRB夏季洪旱驱动对提高气候预测准确性及防灾减灾十分重要。YRB夏季降水受EASM季节内推进强烈调制。按国家梅雨监测标准，气候态梅雨期（1991—2020年平均）多在中下游6月中旬至7月中旬，随后晚夏偏干；但该区季节内降水年际和年代际变率大。1958—1998年YRB及周边出现持续7—8月洪涝或干旱；2000年代以来月际持续性明显减弱，旱涝急转和降水极端增多。例如，2016年6—7月降水偏多、8月偏少30%；2020年6—7月极端梅雨后8月转为偏少5%；2021年弱梅雨后8月出现“倒黄梅”强降水。增强的季节内变率尤其7—8月反相降低夏季平均降水代表性，复杂化季节预测；准确盛夏气候预测是YRB水资源调控管理基础。ENSO循环是YRB夏季降水主要前兆，主要通过WNPAC影响；El Ni?o衰减夏YRB多雨；热带印度洋（TIO）和北大西洋热带区（NTA）增暖具电容效应，放大并延长WNPAC，增强中下游夏季降水。但太平洋—印度—大西洋协同对YRB季节内降水变率的作用仍有知识缺口。YRB夏季降水与SST异常关系存在显著年代际不稳定；ENSO-YRB夏季降水关系在1990年代初和2000年代末发生两次年代际转换；21世纪初以来ENSO-EASM联系减弱，WNPAC在8月衰变为气旋可能是直接原因；约2000年前冬ENSO由东部太平洋型转中部太平洋型，对西太副高影响仅持续到5—6月，削弱7—8月滞后效应。既有研究多分析夏季平均降水及年代际变化，对中晚夏（7—8月）降水影响因素变化、多SST因子对7—8月季节内变率的作用及物理机制缺乏系统认识；三个海盆在季节内变率中起协同或拮抗作用尚不清楚。因此，研究人员分析YRB夏季降水季节内转换即旱涝急转的SST驱动因子和物理机制，并用数值试验量化三海盆贡献；结果说明区域季节内降水变率增强并非单一海盆所致，而受多海盆协同效应年代际变化调制，预测需考虑年代际背景、多海盆SST协同状态和关键环流演变，以提高次季节至月尺度降水预测能力。
关键技术方法（不超过250字）。研究使用长江流域691个气象站1951—2023年逐日降水（来源：中国气象局国家气象信息中心，NMIC/CMA）、ERA5 1°×1°大气再分析、NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析和HadISST 1°×1°海表温度资料；采用EOF与滑动EOF提取降水主要时空模态，21年滑动相关、相关与回归分析、双侧Student’s t检验及Fisher变换检验相关差异；定义Ni?o3.4指数和850-hPa流函数WNPAC指数；并用CESM2.1.2 Pacific Pacemaker 10成员集合（1880—2019年）进行补充验证。
3. 降水变率与大尺度环流的年代际转变。研究人员对6—9月5候滑动平均降水异常进行21年滑动窗口EOF分析，并按十年间隔展示。2000年前6—8月相关持续为正，显示各月同涝或同旱；2001—2020年6月下旬至7月相关显著为正，8月转为负，7—8月反相，反转发生在7月底至8月初。21年滑动相关显示7—8月降水关系由显著正相关变为不显著或负相关，相关在1986年前后达到峰值后下降；滑动EOF进一步确认1976—2020年YRB 7—8月降水约2000年发生显著年代际变化。据此划分P1（1976—1996年）和P2（2000—2020年），并排除1997—1999年作为转换期，原因是已有研究对转换时间存在分歧，且1997—1998年极端El Ni?o和1998—1999年强La Ni?a可能带来年际噪声。P1的7—8月降水异常相关为0.41，P2为?0.37，Fisher变换表明差异在0.05信度显著。将7、8月YRB降水异常回归850-hPa风场发现，P1不仅出现WNPAC，还类似太平洋—日本（PJ）型；P2的PJ型明显减弱。P1 7月WNPAC西界约120°E、北界约30°N；P2 7月WNPAC显著增强并西伸至约100°E，北界仍约30°N，其西南异常流向YRB输送水汽。P1 8月WNPAC增强西伸至约110°E，西侧西南异常向YRB输送水汽，降水偏多；P2 8月WNPAC仍西伸至约110°E，但南移至约25°N并明显减弱，YRB以北出现明显气旋性异常。结论是7月环流型在两时段较一致且P2西伸更强，而8月机制不同：P1主要由WNPAC水汽输送驱动，P2更紧密联系局地气旋异常。
4. 三洋相互作用的潜在影响。将7、8月降水回归前冬Ni?o3.4指数：P1 El Ni?o衰减期两月YRB降水均增强，显著站点有限但类似中国东部降水异常“三极”空间结构，仍有物理合理性；P2 7月降水显著增加、8月显著减少。将季节平均SST异常回归前冬Ni?o3.4：P1东太平洋ENSO从冬到夏衰减，TIO持续增暖，北大西洋三极模态增强；P2 ENSO转向中部太平洋事件，TIO全盆增暖减弱，仅夏季北TIO显著，北大西洋三极模态破坏，但NTA正SST异常持续。进一步回归7、8月SST异常：P1 TIO与前期冬季Ni?o3.4正相关从7月维持到8月，东赤道太平洋略减弱；P2季节内变化更明显，西太平洋相关8月显著增强，TIO和NTA相关7—8月进一步减弱。回归降水与环流显示，P1 El Ni?o衰减夏YRB及邻近7、8月降水异常较一致且弱正，西太负降水对应反气旋异常，东亚—太平洋（EAP）型持续，YRB附近异常上升7月较弱、8月更显著；P2 7月类似P1，但8月完全相反：前冬暖ENSO后YRB降水减少，并对应局地反气旋异常，EAP型7月显著而8月减弱，30°N附近7月异常上升对应YRB多雨、8月异常下沉对应少雨。TIO电容效应方面，P2 8月TIO指数对应的WNPAC位置更北，局地经向环流在YRB出现异常下沉，降水减少，TIO影响主要限于中高层；NTA指数对应的8月WNPAC在P2减弱，局地经向环流异常也主要在中高层。总体而言，7月降水对热带太平洋、TIO和NTA的响应在两时段相似，8月响应发生明显年代际变化。计算Ni?o3.4、TIO和NTA指数与7、8月WNPAC指数的超前相关：P1前冬热带中—东太平洋、春夏季TIO和夏季NTA对7、8月WNPAC有一致协同影响；P2协同减弱，同时Ni?o3.4和NTA明显影响7月WNPAC但8月影响弱，TIO影响整体下降。结论为1970年代末至1990年代末三洋共同维持WNPAC，使7—8月YRB降水大体一致；2000年后TIO影响减弱，7月WNPAC更受热带太平洋和NTA影响，8月三洋联合影响进一步减弱，不能维持WNPAC，导致降水减少和中晚夏季节内变率增大。CESM2 Pacific Pacemaker集合（P1为1976—1996年、P2为2000—2019年）总体再现SST、环流和降水关系，P1与观测更接近；模式模拟印度洋SST对前冬Ni?o3.4的滞后响应更强，模拟印度洋SST对WNPAC超前响应显著性较观测低，P2尤其如此；模式再现7—8月850-hPa环流和YRB降水对前冬Ni?o3.4的滞后响应，并捕获P2 8月弱而不显著异常；对印度洋和大西洋SST同期降水与环流响应也与观测大体一致。由于该试验约束东热带太平洋SST，结果说明所识别特征含显著太平洋强迫分量。
讨论与结论。研究确认自20世纪90年代末以来YRB 7—8月降水与前冬ENSO关系发生年代际变化，弥补了以往研究关于YRB盛夏季节内降水影响因素的不足；ENSO遥相关转变机制仍需进一步研究。Hu et al.（2020）指出热带太平洋气候态约在1999/2000年发生转变，ENSO变率减小、频率增加，1979—1999年以准4年周期为主，2000—2018年以弱准2年周期为主，原因包括热带太平洋纬向SST梯度增强、海气耦合区西移和对流层静力稳定度增加。Yu et al.（2025）指出ENSO对EASM的调制自21世纪初以来持续减弱；正冬季ENSO触发的环流异常在8月快速崩溃，WNPAC演变为气旋，改变东亚降水；2000—2022年ENSO衰减加快抑制TIO海气反馈，北印度洋夏季增暖弱而短，不能维持8月WNPAC，西太海气耦合是ENSO—EASM年代际变化核心机制。全球变暖还改变盛夏西太平均环流；Wang et al.（2024）指出低层水汽增加，东亚陆地水汽增量在7—8月达到峰值，低层季风环流增强，促进水汽由热带海洋向中纬输送，利于北方降水增加、长江中下游降水减少，2000年后季节内盛夏变率更明显。Jiang et al.（2018）认为全球变暖下TIO与西太SST梯度减小可能使ENSO衰减夏WNPAC减弱；Yu et al.（2021）指出不同ENSO空间演变型可差异影响西太海气相互作用。未来需阐明这些因素如何共同调制夏季风季节内变率及极端降水。研究增强了对YRB盛夏反相季节内降水异常频率自20世纪90年代末以来增加这一现象的认识，并拓展了该现象与多海盆SST异常协同效应关系的知识。局限是多SST因子协同影响YRB盛夏反相季节内降水异常的机制仍需深入；未来需用数值模拟提高多区域SST强迫对YRB盛夏降水联合效应的定量预测，并识别WNPAC之外介导SST影响YRB盛夏降水的环流系统。研究结论可译为：本研究确认自20世纪90年代末以来，YRB 7—8月降水与前冬ENSO关系发生年代际变化，从而弥补了以往研究关于YRB盛夏季节内降水影响因素的不足；ENSO遥相关转变机制仍需进一步研究。
