长江三角洲地区1901-1975年夏季降雨的年际至年代际变化与北太平洋海表温度的关联

《Atmospheric Research》：Interannual-to-decadal variations of the Yangtze River Delta summer rainfall during 1901–1975 linked with North Pacific Sea surface temperature

　　

**核心结论要点**
- 20世纪70年代中期之前，中北部太平洋海温（SST）与长江三角洲（YRD）夏季降雨之间始终呈负相关。
- 东亚环流异常和副热带急流剪切通过季风位移和辐散变化影响YRD夏季降雨。
- CESM LENS2大集合模拟成功复现了这种SST—降雨的负相关关系，印证了其物理上的稳健性。

**引言**

作为中国核心的金融与制造业中心，上海是长江三角洲（YRD）地区的关键城市。YRD是东亚最重要的经济区之一，人口超过2亿。YRD涵盖中国四个省级行政区：上海市、浙江省、江苏省和安徽省。由于其突出的社会经济地位以及在汛期与全国雨带的紧密联系，YRD降水一直是气候学研究的热门话题。理解YRD夏季降水的变率，对于梅雨预测以及深入认识东亚夏季风（EASM）活动至关重要（Ding and Chan, 2005; Dai et al., 2020）。

多种遥相关的强制定因因子调制着中国东部夏季降水。例如，北极海冰可通过影响大规模大气环流和全球海温分布来影响东亚夏季风（Guo et al., 2014; Liu et al., 2023b; Qian et al., 2023; Chen et al., 2025; Xie et al., 2025）。同样，大西洋海温变率对中国东部东亚夏季风及同期夏季降水也有显著影响（Wang et al., 2020, Wang et al., 2024b; Mao et al., 2026）。具体而言，热带大西洋—太平洋海温偶极子通过太平洋—日本（PJ）遥相关型抑制了中国北方夏季降雨。此外，模式模拟表明，在全球变暖背景下，春季热带北大西洋（SNTA）海温异常对东亚夏季风的影响正在增强（Chen et al., 2026）。与此同时，东亚副热带急流（EASJ）对副热带大西洋海温异常敏感（Du et al., 2016; Lin et al., 2024）。印度洋海温异常——以印度洋偶极子（IOD）和印度洋盆地模态为代表——也通过PJ遥相关型或西太平洋副热带高压（WPSA）异常影响中国东部降水（Xu et al., 2016; Zhang et al., 2018; Li and Zhao, 2019; Zhang et al., 2022）。此外，青藏高原（TP）的热力加热是东亚夏季风变率的关键驱动因素（Liang and Wu, 2015）。高原地表加热激发向东传播的Rossby波列，从而增强西太平洋副热带高压（WPSH）（Wang et al., 2008）。

除上述遥强迫外，太平洋海洋强迫——尤其是厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）——对中国东部降水变率也有重要影响（Tsonis et al., 2003）。在年际时间尺度上，ENSO通过异常的Rossby波传播和改变的海陆热力对比调制东亚降水异常（Wu et al., 2012; Day et al., 2018; Lee et al., 2019; Wen and Li, 2023）。ENSO还调制西太平洋副热带高压和东亚副热带急流，从而进一步影响区域降水格局（Matsumura and Horinouchi, 2016; Wen et al., 2019; Li et al., 2021）。在年代际时间尺度上，ENSO—东亚夏季风的遥相关发生了显著转变，伴随西太平洋副热带高压及其相关降水格局的空间位移。一个典型案例是20世纪90年代后，冬季厄尔尼诺对随后盛夏东亚降水影响的加强，以及西太平洋对流带和太平洋—日本遥相关的西移（Piao et al., 2020）。这些年代际变化也可能归因于两种不同的ENSO类型：中枢太平洋型（CP）和东部太平洋型（EP）（Torrence and Webster, 1999; Krishnamurthy and Goswami, 2000; Wang, 2002; Yim et al., 2014）。此外，大西洋多年代际振荡（AMO）通过改变ENSO振幅间接影响ENSO—降水关系（Xu et al., 2023）。值得注意的是，中枢北大西洋海温（CNPSST）也调制上海及中国东部夏季降水。此前研究证实，北太平洋海温异常通过位势高度异常影响华南汛期前降水（Qin, 2023）。太平洋年代际振荡（PDO）主导了中国东部降水的年代际变率（Yang et al., 2017; Qian and Zhou, 2014）。此外，北太平洋海温异常与多种遥强迫相互作用，共同调节大规模大气环流和区域降水异常（Zhang et al., 2018; Liu et al., 2023a）。

众多研究探讨了北极海冰、青藏高原热力强迫、ENSO和北太平洋海温异常对年际至十年际降水变率以及长江三角洲和东亚夏季风活动的影响。然而，这些研究大多聚焦于1960年以后的时期，1960年以前的降水变化则缺乏系统记录。鉴于1976年前后东亚夏季风存在已被充分证实的突变（Ding and Chan, 2005; Zhang et al., 2023），而这一突变改变了中国东部的季风—降水关系，这一点尤为关键。虽然针对这一早期时期已有格点降水数据集可用，但上海徐家汇站是二战期间在中下游长江流域（MLYR）始终保持连续实测观测的唯一气象站。该站是揭示1960年之前长江中下游流域降水变率的关键参考。然而，仍存在若干关键科学空白，需要系统调查：（1）1901—1975年间，上海夏季降水（SHSP）能在多大程度上代表长江中下游流域及长江三角洲的夏季降水变化？（2）1976年之前，调制上海夏季降水波动的主要物理驱动因子是什么？（3）大集合气候模拟能否准确复现控制长江三角洲夏季降水变率的物理机制？

本研究首先利用格点数据集，评估上海夏季降水（SHSP）对长江中下游流域区域降雨的空间代表性。我们进一步发现，1901—1975年间，上海夏季降水与中枢北太平洋海温（CNPSST）之间存在负相关关系。尺度分解分析表明，这种关系在年际到十年际时间尺度（即≤15年）上最为显著。然而，其年代际分量符号相反，表明所观测到的负相关并不反映年代际变率。随后，我们检查了相应的环流异常以及调制长江三角洲夏季降雨的物理机制。CESM LENS2集合模拟支持了这些动力学联系的稳健性，显示中枢北太平洋海温异常通过调制环流异常和东亚副热带急流影响长江三角洲夏季降水。本文其余部分结构如下：第2节介绍数据与方法；第3节讨论上海夏季降水的空间代表性；第4节呈现上海夏季降水与中枢北太平洋海温的尺度依赖关系；第5节诊断相关的环流异常；第6节评估CESM LENS2模拟结果；第7节给出示意性总结；第8节讨论主要研究结论。

**数据与方法**

本研究使用欧洲中期天气预报中心二十世纪再分析（ERA20C，1901—2014年）的月尺度大气变量（Poli et al., 2016）。徐家汇降水观测序列可追溯至1874年，但初步测试表明，由于历史观测资料不足，1901年之前的海温和再分析产品存在较大不确定性。因此，本研究将分析时段限定在1901—1975年。ERA-20C数据集提供……

**上海夏季降水的空间代表性**

为定量评估上海夏季降水的空间代表性，我们利用多个观测与再分析格点数据集，对上海夏季降水与夏季降水进行了相关性分析。1901—1975年间，上海夏季降水与CRU数据集夏季（JJA）降水在长江中下游流域、韩国以及日本西南部呈现显著正相关（图1a）。反之，在中国西北东部则观察到明显的负相关。此外，一致且显著的……

**上海夏季降水与北太平洋海温的关系**

为更清晰地阐明上海夏季降水与海温的关系，图2给出了1901—1975年间上海夏季降水与前冬（JFM）及同期夏季（JJA）海温场之间的空间相关分布。在前冬季节，热带中太平洋和北太平洋中部观测到较弱的负相关（图2a）。相应地，在北太平洋中部和黒潮延伸区，同期夏季海温中检测到加强的负相关……

**中枢北太平洋海温与上海夏季降水伴随的大气异常配置**

我们采用合成分析识别与上海夏季降水变率相关的大规模大气环流异常。在对流层低层，与滤波后的上海夏季降水时间序列相关的850 hPa位势高度负异常，在中国东部至日本所延伸的纬向带上普遍存在。同时，西伯利亚和热带西太平洋区域被显著的正异常主导（图5a）。这些环流异常呈现一种三极型结构，类似于……

**CESM LENS2模拟中的联系**

本研究利用CESM LENS2模拟验证中枢北太平洋海温与上海夏季降水之间观测到的负相关关系的稳健性。CESM LENS2输出的长江三角洲夏季降水指数（YRDP）定义为28°–32°N、118°–122°E区域内归一化、滤波后的区域平均降水。图7a显示了长江三角洲夏季降水指数与北太平洋海温场之间的空间相关分布。与观测结果相似，负相关在中北太平洋……

**中枢北太平洋海温与上海夏季降水的年际至十年际关系**

图9给出了本研究中提出的中枢北太平洋海温—上海夏季降水关系的海温与大气环流配置示意。在中枢北太平洋海温负异常阶段，对流层上层的东亚副热带急流向赤道方向位移。与此同时，中高纬度出现纬向带状的位势高度负异常，西太平洋副热带高压适度西伸。这种环流配置在长江三角洲上空诱导出显著的辐散。在对流层低层……

**总结与讨论**

本研究首先评估了上海夏季降水对中国夏季降水的空间代表性。上海夏季降水与长江三角洲和长江中下游流域夏季降水呈显著正相关，但与中国北方和蒙古高原的降水呈负相关。我们进一步发现，1901—1975年间，上海夏季降水与中枢北太平洋海温之间存在稳健的年际至十年际联系，相关系数为?0.357，在99%置信水平上显著。

合成分析……

**作者贡献声明（CRediT）**
Yanhao Peng：原稿撰写、可视化、研究方法、调查研究、正式分析。
Dong Xiao：审校与编辑、监督指导、研究方法、概念构思。

**利益冲突声明**
作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**
Dong Xiao 获国家自然科学基金资助（项目编号 42675054、42175053），以及中国气象局气候变化专项（QBZJ202507）资助。

Yanhao Peng | Dong Xiao