极端降水主导黄河源区总降水量增加

《Weather and Climate Extremes》：Extreme precipitation dominates the increase in total precipitation over the source region of the Yellow River

　　

全球变暖背景下高寒区降水变率增大威胁水安全。在此背景下，青藏高原黄河源区(SRYR)总降水量在近几十年显著增加，但不同强度降水对该增加的贡献及其机理仍认识不足。为阐明相关过程，研究人员综合台站观测与高分辨率降水数据集，从水汽供给与水汽?降水转换(vapor?to?precipitation conversion)角度分析变化。同时研究了未来情景下主导降水强度的贡献。结果表明，从前时期(1982–2001)到后时期(2002–2018)，总降水量增加了81.69?mm?yr?1。在各降水强度中，极端降水贡献最大(～72%)，其次为强降水(～21%)和中降水(～9%)；而小雨呈轻微减少(?1.7%)。极端降水增加主要由外部向SRYR增强的水汽输送驱动(～79%)，这与北大西洋海表温度(sea surface temperature, SST)偏暖有关；约13%的增加源于更高的转换效率(efficiency)，归因于大气湿度和对流增强；剩余～8%归因于土壤变湿、净辐射增加、水汽压亏缺(vapor pressure deficit, VPD)升高及植被变绿等相关的内部水分循环增强。此外，未来预估表明极端降水贡献将超过76%，超过历史水平。这些发现突出了极端事件在未来降水格局中的主导作用，为高寒区气候适应策略提供见解。

该研究针对全球变暖下高寒区降水变率增大、黄河源区(SRYR)总降水显著增加但不同强度降水贡献及机理不明的问题，开展系统研究以明确各强度降水对总增量的定量贡献并揭示主导机制，对高寒水文响应认知与气候适应具有重要意义，论文发表于《Weather and Climate Extremes》。研究人员将1982–2018年分为前时期(1982–2001)与后时期(2002–2018)，综合中国气象局11个台站日降水观测与四套高分辨率格点降水数据集（CMFD、MSWEP、CHIRPS、EM?Earth）的集成均值，按百分位划分小雨≤50th、中雨50th–75th、大雨75th–95th、极端降水>95th，计算各类对总降水变化的贡献；选用MERRA?2再分析资料，基于水汽收支框架将极端降水变化分解为外部水汽输入远程效应(remote effect, χΔQ_ext)、局地蒸散表面效应(surface effect, χΔET)与转换效率效应(efficiency effect, Δχ(ET+Q_ext))，结合垂直积分水汽通量(vertically integrated moisture flux, VIMF)、位势高度、海表温度(HadISST)及NDVI、净辐射、土壤水等分析驱动因子；未来变化采用降尺度CMIP6数据集(CLIMEA?BCUD)在SSP1?2.6、SSP2?4.5、SSP5?8.5情景下评估极端降水贡献。

3.1. Temporal and spatial variations of rainy?season P over the SRYR

研究人员通过多源数据集比较发现，格点集成降水与台站观测相关系数达0.91(p<0.01)，1982–2020年雨季降水以2.59?mm?yr^?2显著上升，累积异常分析识别2002年为突变点；后时期较前期平均增加81.69?mm?yr^?1，99.2%格点为正值且70.9%显著，空间上几乎全区域增多。

3.2. Characteristics and contributions of different P events categories over the SRYR

3.2.1. Changes in daily intensity and cumulative P across different event categories

各强度降水阈值在后时期均提高，极端降水日累计量上升趋势最强(1.61?mm?yr^?2, p<0.01)，为大雨的近四倍。

3.2.2. Contributions of different P categories to total P increase

格点与台站一致显示极端降水贡献约72.04%，大雨21.10%，中雨8.54%，小雨?1.68%；78.5%区域极端降水贡献超50%，主导总增量。

3.3. Attribution of variations in extreme P over the SRYR

3.3.1. Contributions of moisture sources and conversion efficiency to extreme P increase

在大规模极端降水(LSExP)日合成下，极端降水增量62.64?mm?yr^?1中远程效应占79.34%(χΔQ_ext=49.70?mm?yr^?1)，效率效应12.67%(Δχ(ET+Q_ext)=7.94?mm?yr^?1)，表面效应7.99%(χΔET=5.00?mm?yr^?1)，外部水汽输入为主因。

3.3.2. Attribution of variations in external moisture supply

垂直积分水汽通量(VIMF)差异显示高原东北侧异常反气旋增强南侧边界水汽流入，边缘1与4分别贡献79.78%与20.22%的外部增量；200?hPa与500?hPa位势高度与风场合成揭示北大西洋?欧亚遥相关波列，北大西洋SST上升0.35?°C与暖相位AMO对应，标准化AMO与外部水汽流入相关系数为0.90(p<0.05)，多元回归表明AMO解释92.85%的际年代际变化。

3.3.3. Attribution of variations in internal moisture supply

LSExP期间NDVI以0.03?decade^?1显著变绿，气温升0.75?°C?decade^?1，相对湿度微降，VPD增0.04?kPa?decade^?1，净辐射增4.13?W?m^?2?decade^?1，潜在蒸散(PET)与土壤水(SM)分别显著上升与增加；岭回归显示SM(45.62%)、VPD(17.36%)、NDVI(14.85%)、T_a(12.01%)、R_n(10.16%)共同驱动ET增强，内部水分循环改善。

3.3.4. Attribution of changes in conversion efficiency

550–400?hPa垂直风切变(SHEAR)以0.65?m?s^?1?decade^?1减弱，650–500?hPa比湿(q)显著升高9.13%–13.89%；地表温度(LST)升0.57?°C?decade^?1，650–500?hPa垂直速度(ω)增强上升运动(2.79%–33.36%)，弱切变、中层增湿、地表增暖与对流加强共同提升转换效率(χ)。

3.4. Projected variations in extreme P over the SRYR

八套CMIP6模式集合显示2015–2100年极端降水累计量在SSP1?2.6、SSP2?4.5、SSP5?8.5下分别以3.33、5.18、9.04?mm?yr^?1?decade^?1上升，其占总降水比例也显著增加；近、中、远期相对基准期(1982–2001)极端贡献均超76%，均值达91.13%、88.93%、96.77%，高于历史72.04%，高排放情景持续增强。

讨论部分指出，本研究通过多源格点集成降低了单一产品低估高原强降水的偏差，证实极端降水贡献超70%且受外部水汽输送主导近80%，北大西洋SST经AMO?遥相关调控反气旋与南界流入，内部ET增强与效率提升为次要放大因子；未来所有SSP情景下极端贡献将进一步升至76%以上甚至超96%，预示高寒区水文变率与洪涝风险加剧，需在适应策略中重点关注极端主导的降水结构转变；同时承认台站稀疏、格点与再分析不确定性、水汽来源分区未细分及线性分解假设等局限，建议后续结合水汽追踪与数值试验深化耦合过程量化。

结论部分原文翻译如下：

本研究综合台站观测与高分辨率格点数据集，评估了SRYR不同降水强度对总降水变化的贡献，并从水汽供给与水汽?降水转换角度阐明极端降水变化机理，利用气候预估进一步评价极端降水在未来总降水变化中的作用，主要结论如下：

1. 1.
   历史变化：SRYR雨季降水从前时期(1982–2001)到后时期(2002–2018)显著增加了81.69?mm?yr^?1；总降水增加由极端降水主导(72.04%)，而小雨(?1.68%)、中雨(8.54%)与大雨(21.10%)贡献较小。
2. 2.
   归因机制：与外部水汽流入增强相关的远程效应在极端降水变化中起主导作用(79.34%)，主要由与北大西洋海表增暖相关的TP东北侧异常反气旋引起；效率效应与表面效应分别贡献12.67%与7.99%，源于大气湿度与对流增强以及土壤变湿、植被变绿、净辐射与水汽压亏缺升高。
3. 3.
   未来预估：所有SSP情景下极端降水将继续主导总降水变化，贡献介于88.93%–96.77%，较历史时期明显上升。

本工作强调在高寒区改进多源观测与格点数据集成以提升降水分析的必要性，也突显关注常被忽视的 moisture?to?precipitation 转换过程的重要性；发现未来极端降水增加将对总降水变化产生越来越大影响，为高寒环境气候适应策略提供科学依据。