中国东部季风区极端降水季节分布的区域差异预测

《Atmospheric Research》:Projected regional variations in seasonal distribution of extreme precipitation over Eastern Monsoon China

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月28日 来源:Atmospheric Research 4.5

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   •未来极端降水事件的季节性模式在中国东部季风区存在显著的区域差异。•中国华北和华东地区的活跃期超越夏季。•中国中南地区的夏季活跃期延长。•华南地区夏季极端降水事件占全年的比重更大。•夏季极端降水事件与强烈的垂直上升运动及其与高湿度的同时出现存在协同变化。引言在持续的气候变化驱

  
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    未来极端降水事件的季节性模式在中国东部季风区存在显著的区域差异。
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    中国华北和华东地区的活跃期超越夏季。
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    中国中南地区的夏季活跃期延长。
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    华南地区夏季极端降水事件占全年的比重更大。
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    夏季极端降水事件与强烈的垂直上升运动及其与高湿度的同时出现存在协同变化。

引言

在持续的气候变化驱动下,中国东部季风区(EMRC)的极端降水事件(EPEs)在频率和强度上均持续增强(Xu et al., 2022; Yu et al., 2023; Zhu et al., 2021; Zou et al., 2025)。这些事件主要集中在夏季主汛期,是该区域内流域性洪水、城市内涝、山洪暴发、滑坡和农业灾害的关键触发因素(Tian et al., 2022; Yao et al., 2023; Zhang et al., 2017)。现有的洪水风险评估通常以EPEs既定的季节性时间窗口为基础;因此,其季节性分布的变化将直接影响高风险时段的界定与管理(Couasnon et al., 2022; Gründemann et al., 2023; Marelle et al., 2018)。因此,阐明未来EPEs季节性分布的变化对于评估洪水风险时机的变化以及制定有效的适应策略具有重要意义。
虽然在固定季节内研究EPEs能够捕捉其频率、强度和空间配置的季节内波动(Dai et al., 2025; Xu et al., 2022; Yu et al., 2023),但施加刚性的季节边界会将这些事件人为地分割为离散的时间段,无法反映其在全年周期中的连续分布特征(Dhakal et al., 2015; Gu et al., 2017; Treppiedi et al., 2025)。更重要的是,EPEs的年际时间分布可以独立于固定季节的强度或频率趋势而发生变化(Gründemann et al., 2023; Marelle et al., 2018; Peter et al., 2024; Wang et al., 2024)。因此,其季节性分布的变化应作为一个独立的分析维度,区别于传统的季节内强度和频率指标。
EPEs季节性分布的变化本质上是区域依赖的。观测记录表明,历史上EPEs季节性分布的变化表现出明显的空间分异性,各区域并非呈现统一的提前或延迟趋势(Gründemann et al., 2023; Mao et al., 2025)。未来气候预测也强调了控制这些季节性变化的显著不确定性和区域异质性(Bador and Alexander, 2022; Moustakis et al., 2021; Treppiedi et al., 2025),其中EPEs向较冷季节偏移在北方中高纬度地区成为各分析模型中一致的区域信号(Zhu et al., 2025)。受东亚季风年循环的控制,EMRC的降水过程在季节内受到季风阶段、雨带迁移和水汽输送方式的动态调制(Cheng et al., 2021; Dai et al., 2021; Katzenberger and Levermann, 2024)。因此,考察该季风区域EPEs季节性再分配需要超越平均时机的简单位移,需要全面考虑极端事件的潜在环境条件在不同区域和季节间的变化。
热力和动力过程共同塑造了EPEs发生的环境条件(Allen and Ingram, 2002; O'Gorman and Schneider, 2009; Pfahl et al., 2017)。升温增加了大气持水能力,从而为重降水的产生提供了热力条件。然而,这一潜力是否实现,取决于环流驱动的水汽输送和辐合,以及促进凝结的垂直抬升(Dai et al., 2022; Freychet et al., 2022; Ye et al., 2014)。由于水汽可用性、环流和垂直上升运动在季节间存在显著差异,EPEs对气候变暖的响应本质上是季节依赖的(Andria et al., 2025; van der Drift and O'Gorman, 2025)。例如,在陆地上,夏季相对湿度的下降可能限制持水能力的增加转化为更强极端降水的程度,从而导致偏离标准的克劳修斯-克拉佩龙(Clausius-Clapeyron)标度关系(Lorenz et al., 2016; Norris et al., 2019)。相比之下,水汽限制对极端降水的影响在不同季节可能不同,导致对升温的季节性差异响应(Bador and Alexander, 2022; Zhu et al., 2025)。这些季节性不对称性为将未来EPEs的变化视为其在全年周期中的时间重新分配提供了物理基础。
基于这一过程视角,本研究利用SSP5–8.5情景下34个CMIP6模型的逐日模拟输出,考察未来变暖条件下EMRC的EPEs季节性分布的预期变化。具体而言,本研究旨在:(1) 评估EPEs平均时机的偏移;(2) 量化EPEs主要活跃期持续时间的变化以及夏季对全年EPEs发生的贡献率;以及(3) 利用21个模型的诊断子集,考察这些时机变化是否与EPEs发生相关的环境条件的季节性变化有关。

章节摘要

数据

本研究使用的降水、垂直速度(气压坐标下,ω)和相对湿度(RH)的逐日数据通过地球系统网格联合会(Earth System Grid Federation)平台从CMIP6存档中获取(可在以下地址访问:https://metagrid.esgf-west.org/search/cmip6/)。为历史参考,采用了基于网格的雨量估算数据集(Rainfall Estimates on a Gridded Network, REGEN)(可通过以下地址访问://thredds.nci.org.au/thredds/catalog/catalogs/ks32/CLEX/REGEN/REGEN_LongTermStns.html

模拟EPEs时机特征的历史评估

在分析未来变化之前,我们首先利用REGEN网格化观测数据集评估了CMIP6模型能否重现EMRC历史上EPEs观测到的时机特征。CMIP6多模型集合捕捉到了EPEs平均时机和有效活跃窗口的广泛空间格局,包括EPEs以夏季为中心发生以及活跃期长度的区域差异(图3)。在34个模型中,中位数

EPEs区域差异化的季节性再分配

EMRC的EPEs季节性分布的预期变化并非以平均时机的统一提前或延迟为特征。在区域尺度上,EPEs的平均时机仍以夏季为中心,而有效活跃窗口和夏季EPEs占比在四个子区域间表现出不同的变化。因此,仅基于平均时机的分析无法充分表征EPEs季节性分布的这些区域变化。
四个子区域之间的差异也可以

结论

本研究利用SSP5–8.5情景下34个CMIP6模型的逐日输出,评估了EMRC的EPEs季节性分布的预期变化。平均时机的变化区域一致性有限,而有效活跃窗口和夏季EPEs占比表现出显著的区域差异响应。在华北(NC)和华东(NE),EPEs的发生从夏季扩展至春季和秋季的相邻部分;在中南(CSC),尽管活跃窗口更长,但仍以夏季为中心;华南地区对全年的贡献更大

CRediT作者贡献声明

高俊隆:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿撰写,可视化,软件,方法论,概念设计。刘凯:撰写 – 审稿与编辑,资金获取,形式分析,概念设计。王明:撰写 – 审稿与编辑,验证。王南迪:撰写 – 审稿与编辑,验证。庄琳梅:撰写 – 审稿与编辑,验证。岳清瑞:撰写 – 审稿与编辑,验证。

利益冲突声明

作者声明,他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能会影响本论文所报告的工作。

致谢

本研究受国家重点研发计划(编号:2024YFC3808601)和中央高校基本科研业务费专项资金(编号:224330007)资助;本研究是联合国教科文组织可持续发展科学十年(2024–2033年,IDSSD)认可项目"气候变化与系统性风险治理"的一部分。
高俊隆|刘凯|王明|王南迪|庄琳梅|岳清瑞
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