《Atmospheric Research》：From snow to rain: Spatiotemporal transitions and sensitivity patterns in the Amu Darya Basin, Central Asia
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•确定了阿姆河流域的降雪比例临界阈值。•在本世纪末增暖情景下，降雪主导区域减少20–25%，且向上抬升500–2500米。•敏感性聚类揭示了两端加速和中海拔缓冲效应。•高海拔敏感性在增暖加剧条件下表现出二次反弹。•大气环流调节局地气象条件，间接控制降雪变率。引言降雪是一种高度
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确定了阿姆河流域的降雪比例临界阈值。
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在本世纪末增暖情景下，降雪主导区域减少20–25%，且向上抬升500–2500米。
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敏感性聚类揭示了两端加速和中海拔缓冲效应。
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高海拔敏感性在增暖加剧条件下表现出二次反弹。
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大气环流调节局地气象条件，间接控制降雪变率。
引言
降雪是一种高度响应气候变化的气象变量，能够直接反映气候变化对全球水文循环、淡水系统和人类社会的影响（Peters-Lidard等，2021；Sturm等，2017；Wieder等，2022）。雪作为关键的水储存形式，提供了维持下游供水的重要缓冲，为全球逾十亿人提供了水源支持（Immerzeel等，2020）。近几十年来，全球变暖使越来越多的降水从雪转变为雨（Serquet等，2011），导致冷季降水及极端降雪事件出现复杂变化（Donat等，2016；O'Gorman，2014）。加速的雪转雨过程改变了区域水平衡，加剧了季节性水资源短缺（Wang等，2022；Yao等，2022）。它还改变了径流的年内分配，增加了极端洪涝风险（Kraaijenbrink等，2021）。此外，在增暖条件下，雨雪叠加（ROS）事件的频率和强度有所上升（Li等，2025b），往往触发快速融雪和径流骤增，给流域尺度的水资源管理和灾害缓解带来额外挑战。
以往研究主要关注单一变量来划分降水类型，通常基于温度或降雪比例。区分降雪主导区和降雨主导区的临界温度高度依赖于地理条件（Ye等，2013），范围为?1.0°C至2.5°C。在北半球，平均阈值约为1.0°C，95%的站点分布在?0.4°C至2.4°C之间，存在显著的区域差异（Jennings等，2018）。将降雪比例超过50%的区域归类为降雪主导，低于50%的区域归类为降雨主导（McCrystall等，2021）。在美国西部和阿拉斯加，纳入了过渡性雨雪区域，将>90%定义为降雪主导，<10%定义为降雨主导，中间值为过渡区（Klos等，2014；Littell等，2018）。通过识别降雪比例的明确临界点，将高亚洲（HMA）区域划分为四种降水类型：降雪不敏感、降雪敏感、降雨敏感和降雨不敏感（Li等，2025a）。尽管取得了这些进展，仍存在几个关键的知识空白。大多数现有方法依赖固定的单一指标，这掩盖了降雪比例在气候变暖下对温度的固有非线性响应。特别是，雨雪过渡区内降雪比例的敏感性和响应速率很少被量化，限制了对关键阈值被超越后降水类型转变速度的理解。此外，研究主要关注高海拔或持续寒冷地区（Moraga等，2021；Quante等，2021），而冬季雪损失可能对水文和社会经济产生放大影响的低中海拔过渡区仍未得到充分探索（Ford等，2021）。进一步而言，大规模大气环流与局地气候控制对降雪变率的相对作用在整合分析框架内很少被解耦。
阿姆河发源于帕米尔高原，是中亚最大的河流流域，流经寒冷和干旱地区。源头广泛分布的雪和冰川，连同相对充沛的降水，提供了稳定的水源（Li等，2022；Qin等，2020），构成了关键的山区水塔（Immerzeel等，2020）。约4300万人依赖其水源进行农业灌溉、水力发电、工业生产和市政供水。该流域受西风气候控制（Viviroli等，2020），冬季和早春降水主要以雪的形式出现，储存在季节性积雪和冰川中。随后的融雪使河流径流与需水高峰期吻合（Pritchard，2019），使流域水文对气候变暖高度敏感。重要的是，阿姆河流域表现出显著的高原—低地梯度，兴都库什—帕米尔源头海拔超过4000米，而下游图兰平原海拔降至200米以下。这种急剧的地形和气候对比为研究海拔依赖性雨雪相变及其对水资源安全的异质性影响提供了理想的天然实验室。
综上所述，尽管人们日益认识到气候变暖正在重塑依赖降雪的山区流域降水相态，一个关键科学问题仍未解决：非线性雪—雨相变沿海拔梯度在何处触发、这些转变对变暖有多敏感，以及一旦超过临界阈值后转变传播的速度有多快。现有研究通常描述渐进趋势，但缺乏一个整合框架来以统一且定量的方式诊断阈值行为、转变敏感性和类型转变。本研究建立了一个阈值—敏感性—速率框架，将降水相变表征为一个动态过程而非静态状态分类。在该框架中，阈值指降雪比例边界，即降水类型在降雪主导和降雨主导状态之间转变的临界点。敏感性（S）表示降雪比例对温度变化的响应幅度，量化为ΔSFR/ΔT。速率（V）描述阈值穿越的时间速率，定义为在持续变暖条件下，一个网格单元超过预设降雪比例阈值所需的时间。传统基于阈值的方法主要识别过渡边界，而该框架整合了相变的地理位置、强度和时序进展，因此提供了气候驱动降雪损失的面向过程的诊断。
因此，本研究围绕以下三个关键科学问题展开：(1)是否存在区分根本不同降水类型的降雪比例临界阈值，这些阈值如何沿海拔梯度系统性变化？(2)在雨雪过渡区内，降雪比例对变暖的敏感性如何，一旦超过关键阈值，降水类型的转变速率和过程是什么？(3)在持续气候变暖条件下，降雪主导区域将如何重新组织空间格局，大规模大气环流和局地气候因素在控制这一演变中的相对作用是什么？通过回答这些问题，本研究旨在推进对降水相变作为阈值驱动和海拔调节过程的动力学理解，从而超越线性趋势描述，转向面向过程的降雪类型脆弱性解释。所得认识预计可推广至其他干旱和半干旱山区流域，这些流域的水资源安全严重依赖降雪的持续存在。
章节摘要
研究区
阿姆河流域（ADB）是中亚最大的跨界河流流域，流经阿富汗、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦和土库曼斯坦（图1）。该河流发源于帕米尔高原和兴都库什山脉的冰川和雪原，最终注入咸海（Kumar等，2019）。其全长约2540公里，年平均径流量约79 km3（Xu等，2021）。流域海拔变化显著，
数据
本研究采用ERA5-Land再分析数据作为观测参考。选取2米气温、总降水和降雪等变量来划分降雪主导区域并开展敏感性分析。此外，海平面气压和相对湿度用于降雪变率的归因分析。为确保与CMIP6模式数据的一致性，使用了1979年至2014年的月尺度ERA5-Land数据。ERA5-Land数据集
阿姆河流域降雪比例阈值的识别
鉴于降雪比例对温度变化的非线性响应，假设存在两个跨越不同降雪主导类型的临界过渡点。以平均降雪比例为x轴，敏感性强度（ΔSFR/ΔT）为y轴，其关系呈现倒"U形"模式（图3）。雨雪过渡区的敏感性显著高于极端气候区。1979年至2014年间，
阿姆河流域降雪变率的驱动因素
偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）结果表明，阿姆河流域降雪变率受三条主要路径控制（图10）。与以往主要依赖相关性或回归分析的研究相比，本研究通过采用统一的结构性框架，明确解耦了直接效应和间接效应，从而实现了对大规模环流强迫与局地气象控制相对作用的定量比较。
结论
本研究通过整合ERA5-Land再分析与优选的偏差校正CMIP6预报，系统量化了阿姆河流域从降雪主导向降雨主导转变的现状和趋势。两个降雪比例临界阈值（0.15和0.88）定义了一种四重降水相态结构，揭示了流域降水对适度变暖高度敏感，特别是在低中海拔区域。到21世纪末，
CRediT作者贡献声明
李佳心：写作—初稿、可视化、软件、方法论、概念设计。徐敏：写作—审阅与编辑、监督、资源、调查、概念设计。康世昌：写作—审阅与编辑、监督、调查、概念设计。Safarov Mustafo：写作—审阅与编辑、监督。张江刚：写作—审阅与编辑、监督。
利益冲突声明
作者声明不存在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
本研究受甘肃省重点研发计划（26YFWA001）、国家自然科学基金（42477529）、中国科学院寒区旱区环境与工程重点实验室（CSFSE-FX-2501）以及甘肃省基础科研计划创新基金项目（25JRRA805）资助。
Jiaxin Li|Min Xu|Shichang Kang|Safarov Mustafo|Jiangang Zhang
