青藏高原夏季極端降水研究進展與展望

摘要 在全球變暖背景下，極端降水正日益頻繁、劇烈并影響更廣泛的區域。特別是在氣候變化的敏感區域——青藏高原（以下簡稱高原），這些現象的發生頻率和強度均有顯著增加，對當地乃至下游地區的生態環境和生產生活造成了重大影響。因此，對高原極端降水進行深入研究具有深遠的科學意義和社會價值。本文從極端降水定義與指數、高原夏季極端降水特征、影響高原夏季極端降水的因素、高原夏季極端降水的災害風險與未來預估四個方面，對近幾十年來高原夏季極端降水的相關研究成果進行了回顧。通過梳理和分析相關領域的研究成果，以期為研究者提供清晰的研究脈絡和前沿動態，促進學術交流與合作，共同推動高原極端降水領域的科學研究持續深入，為全球氣候變化及極端天氣氣候事件研究和應對提供更加堅實和有力的科學支撐。

關鍵詞青藏高原;夏季極端降水;全球變暖;海溫異常;災害風險;未來預估

2024-02-17收稿，2024-04-02接受

國家自然科學基金項目（42030611）;第二次青藏高原科學考察與研究（STEP）計劃（2019QZKK0105）;江蘇省研究生科研創新計劃項目（KYCX23_1301）

引用格式：劉俏華，姚秀萍，馬嘉理，等，2024.青藏高原夏季極端降水研究進展與展望［J］.大氣科學學報，47（5）：737-754.

Liu Q H，Yao X P，Ma J L，et al.，2024.Research progress and prospects on summer extreme precipitation over the Qinghai-Xizang Plateau［J］.Trans Atmos Sci，47（5）：737-754.doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20240217001.（in Chinese）.

在全球氣候變暖的大背景下，極端天氣氣候事件，如暴雨、洪澇、高溫、干旱等，在近幾十年內發生的頻率和強度均呈現出不斷增加的趨勢（You et al.，2011;趙金鵬，2019;IPCC，2021）。相較于整體的氣候變化，極端事件通常破壞力更強，不僅威脅到人類的生存和社會穩定，同時也對全球生態系統的平衡和生物多樣性產生深遠影響。鑒于極端事件對全球經濟、社會發展和生態環境產生的巨大威脅，各國政府和國際組織正逐漸加大對其的研究和應對力度。加強國際合作，共同應對極端天氣氣候事件，對維護全球可持續發展至關重要。

青藏高原（以下簡稱高原）是全球氣候與環境變化的啟動區、敏感區、脆弱區（馮松等，1998;吳國雄等，2013）。自20世紀50年代以來，高原的溫度變化幅度為0.16～0.67 ℃／（10 a），其變暖趨勢明顯高于北半球和同緯度其他地區（Kuang and Jiao 2016;Yao et al.，2019），與人類活動有關的溫室氣體排放加劇以及高原上空臭氧大幅度的減少是造成高原與其他地區溫度變化趨勢差異的可能原因（段安民等，2006;張人禾和周順武，2008;張人禾等，2015）。自20世紀后半葉起，由全球變暖導致高原地區極端天氣氣候事件的發生概率和強度均呈現上升趨勢，對高原周邊區域天氣氣候產生重要影響（吳國雄等，2013;許建偉，2015）。

極端降水的增加是全球變暖影響下的一個典型表現。高原極端降水時空格局的變化不僅會改變高原本身的氣候環境，還可能對當地及下游的水資源管理產生直接或潛在的影響。這一點尤為重要，因為高原不僅是亞洲乃至世界著名大江大河的源頭（徐祥德等，2019），也是眾多湖泊和濕地的聚集地（萬瑋等，2014），在全球水分循環中扮演著不可或缺的角色（Flohn and Reiter，1968;黃建平等，2021）。然而，近年來由于氣候變暖，高原上的冰川融化速度加快，導致水資源供應不穩定，威脅著下游地區的農業、工業和居民生活。同時，極端降水的頻率和強度不斷增加，進一步加劇了當地洪水和泥石流等自然災害的風險，造成了嚴重的水資源損失。因此，對高原極端降水進行深入研究具有深遠的科學價值和實際意義。

本文回顧并整理了高原夏季極端降水的相關研究工作，重點關注以下幾個方面：1）極端降水定義與指數;2）高原夏季極端降水的時空分布及演變特征;3）影響高原夏季極端降水的因素;4）高原夏季極端降水的災害風險與未來預估。在此基礎之上，對未來的研究方向進行了展望。

1 極端降水的定義與指數

1.1 極端降水定義

對于極端降水定義的傳統方法有絕對閾值法，如一些研究中將每日降水量大于50 mm的降水事件定義為極端降水（Domrs and Peng，1988;Zhai et al.，2005;林云萍和趙春生，2009），但該方法適用于降水量空間變率較小的地區。在研究具有顯著氣候差異的區域時，通常采用相對閾值法來定義極端降水。定義方式通常有兩種：百分位閾值法與擬合經驗曲線函數法。目前百分位閾值方法被廣泛用于定義極端降水閾值，常用的如第95百分位（翟盤茂和潘曉華，2003;Zhai et al.，2005;You et al.，2008;Zhang and Zhai，2011）、第97.5百分位（Wang and Zhou，2005）及第99.9百分位（Luo et al.，2016;吳夢雯和羅亞麗，2019），降水量超過閾值時，該降水事件被認為是極端的。二是擬合經驗曲線函數，如擬合廣義極值分布（Li et al.，2013;Zheng et al.，2016）、e指數衰減曲線分布（Yu and Li，2012）等，此方法通常用來探討10、50乃至100 a一遇的極端降水情況。與使用絕對閾值來定義極端事件的方法相比，該方法能夠考慮到不同地區之間的降水差異，有效剔除地域和季節因素對閾值設定的影響。這意味著各地的極端降水閾值可根據實際降水情況來設定，從而能更精準地體現極端降水事件的區域性和季節性特性（高濤和謝立安，2014;吳燕娟，2016），有助于對極端降水的氣候特征和變化趨勢等開展更客觀地分析。

1.2 極端降水指數

極端氣候指數的定義主要考慮定量研究的可行性、不同地區的可比性和應用的實際意義等因素，對于深入理解氣候變化具有重要價值（任國玉等，2010）。氣候變化檢測及指數專家組定義了反映不同極端特征的11個核心極端降水指數，主要用于評估降水事件的強度，頻率和持續時間的變化等。所有的指數可以分為4類：1）相對閾值指數，反映某一時段內各極端降水值的分布，有R95p（強降水量）和R99p（極強降水量）;2）絕對閾值指數，降水量超過或低于一個固定的閾值的降水事件的發生頻率，主要有R10（中雨日數）、R20（大雨日數）、R50（暴雨日數）;3）強度指數，代表季節或一年內的最大或最小值，主要有Rx1day（最大1日降水量）、Rx5day（最大5日降水量）、SDII（平均日降水強度）;4）持續時間指數，主要有CDD（持續干期）、CWD（持續濕期）、PT（年總降水量）。研究時可根據研究重點與目標選擇使用（Alexander et al.，2006;You et al.，2008;翟盤茂和劉靜，2012;Zhou et al.，2016;Kirchmeier-Young and Zhang，2020）。

2 高原夏季極端降水特征

2.1 時空分布特征

高原夏季降水是全年降水的主要來源（Wang et al.，2017），空間分布表現為“西北少而東南多”的特征（葉篤正和高由禧，1979），高原夏季的極端降水也表現出相似的分布型（圖1a）（趙雪雁T83E5JXwIYDvwzJGtWfhLQ==等，2015;曹瑜等，2017，2019）。研究通常采用相對閾值法來分析高原極端降水情況，后續提及的研究結論主要基于該定義方法展開。研究結果顯示，極端降水閾值同樣呈現出從東南向西北遞減的趨勢，其中橫斷山區極端降水的閾值最高，柴達木盆地和昆侖山北部地區附近閾值最低（馬偉東等，2020）。高原夏季極端降水的降水強度（R99I）（圖1c）、強降水強度指數、多年一遇、50 a一遇和100 a一遇水平均呈現從東南向西北遞減的空間分布特征，且降水量較大區域的多年一遇的降水值隨概率的變化趨勢更明顯（曹瑜等，2017）。藏南河谷、橫斷山脈及若爾蓋高原地區的極端降水日數（R99D）最頻繁（圖1b），高原北部和西南部極端降水貢獻率（R99C）較高且聶拉木地區最高（圖1d）（馬偉東等，2020）。

從高原不同典型地形區域來看，柴達木盆地夏季極端降水量、極端降水頻數和降水閾值的空間分布呈現東部大西部小的特征，極端降水量和頻次相對較少，但其對夏季降水量的貢獻卻很大（圖1）（馬偉東等，2020;呂春艷，2021;郝愛華等，2023）;三江源地區的降水強度呈現從西北向東南遞增的趨勢，高原東部和南部的邊緣區域是降水強度高值區，且極端強降水（R95P）和特強降水量（R99P）在三江源東部地區尤為顯著（靳錚等，2020;姚秀萍等，2022）;高原東南部川藏鐵路附近區域的極端降水量小、降水強度小、但降水發生頻數高且更容易連續發生（Ma and Yao，2023）;雅魯藏布江流域的極端降水指數，包括降水日數、總降水量、降水強度、連續5日的最大降水量以及極端降水量，均表現出自東部向西部逐漸遞減的空間分布型（劉江濤等，2018）。

以上研究多基于日降水資料，從氣候尺度對高原夏季極端降水的特征等進行了多角度分析。除此之外，Li et al.（2013）基于小時降水資料對中國中東部地區夏季極端降水事件的特征進行研究發現，高原東坡極端降水事件的平均持續時間超過12 h，且降水過程的演變具有不對稱性，即降水迅速達到降水量峰值，而從峰值至結束則相對緩慢（吳夢雯和羅亞麗，2019）。Li（2018）對2007—2013年夏季高原地區小時極端降水事件進行了細致研究，發現與所有降水事件的平均持續時間相比，極端降水事件的持續時間要長得多，平均可達8.4 h。高原夏季降水事件持續時間與降水機制密切相關，長時間降水事件主要由層狀降水主導（Yu et al.，2007）。從日內尺度來看，高原夏季極端降水最容易開始于下午晚些時候（當地時18時，當地時等于世界時加6 h），并于早晨（當地時07時）結束，且最容易在午夜（當地時23時）達到降水量峰值，夜間長時間極端降水的降水量所占比例更大，約占28.6％（Li，2018）。

2.2 時空演變特征

由于氣候變暖導致的水循環加快與大范圍的環流調整，高原極端降水總體呈增加趨勢（You et al.，2008;曹瑜等，2017，2019;冀欽等，2018;馮曉莉等，2020;郝愛華等，2023），事件的持續時間變長，且極端降水量對總降水量的貢獻不斷上升（Ge et al.，2017;馬偉東等，2020;欒瀾，2022）（圖2）。但由于降水資料不同、研究時段不同、區域劃分標準不同等原因，得到的結論也存在一定差異。You et al.（2008）對1961—2005年高原極端降水的研究顯示，高原南部和北部的大多數降水指數呈現出增加趨勢，而高原中部則表現為減少趨勢。趙雪雁等（2015）對1963—2012年間夏半年高原降水進行研究指出，高原強降水量和頻次展現出微弱的增長趨勢，并伴隨著準12 a的年代際振蕩，高原東部強降水量、頻次和相對強度與夏半年降水量的相關性顯著，其中強降水量和頻次與降水量呈正相關關系，而相對強度則與之相反。曹瑜等（2019）在研究1961—2014年夏季高原中東部極端降水時發現，除了西藏東部呈現減少趨勢外，高原中東部地區夏季極端降水在其他地區大多呈增加趨勢，且極強降水量的年代際變化尤為顯著。趙金鵬（2019）對1961—2016年高原地區的降水演變進行了研究，發現高原強降水量、極端強降水量、最大1 d降水量和最大5 d降水量在高原大部分區域均呈增多的趨勢，強降水量和極端強降水量的增長幅度達到了總降水量增長幅度的一半以上，是導致高原降水量增加的主導因素，即高原降水量的增加主要來源于強降水和極端強降水的增加。Xiong et al.（2019）的研究指出，高原西南部、中部和北部地區的極端降水量呈增加趨勢，而東南部地區呈減少趨勢;楊志剛等（2014）研究則表明，在1961至2010年，西藏的西部、北部和東南部地區極端降水事件的發生頻率有所下降，且西部和東南部趨勢較顯著，然而，沿著雅魯藏布江一線、西藏南部和東北部的極端降水出現頻率則呈增加的趨勢。

高原的極端降水量和極端降水日數呈明顯的增長趨勢，但極端降水量的變化在空間分布上存在明顯的不一致性（郝愛華等，2023）。從不同氣候分區來看，1961—2019年雨季高原的干旱區與半干旱區在降水量、降水日數、極端降水量及極端降水日數方面總體呈現上升趨勢，半濕潤區的極端降水日數略有增加，極端降水量顯著增加（欒瀾和翟盤茂，2023）。楊昭明和張調風（2021）對1961—2017年雨季高原東北部降水量的變化進行研究也得出了較為一致的結果，即干旱區降水量呈增加趨勢，半干旱區和半濕潤區降水量的極端性增強。也有許多學者對高原不同典型地形區域的極端降水演變趨勢展開了研究，發現柴達木盆地強降水量與發生頻次呈增加趨勢（趙雪雁等，2015;郝愛華等，2023），其東部極端降水的強度與頻數快速增加，且降水波動明顯加劇，發生極端降水事件的可能性大大增加（冀欽等，2018）。西藏地區的最大5 d降水量略減少，大雨日數和強降水量的變化趨勢不明顯，其中那曲西部是極端降水指數變化最為顯著的區域（杜軍等，2014）。在橫斷山區，最大5日降水量略有減少但變化不顯著（Zhang et al.，2014）。三江源地區強降水日數呈增加趨勢，極端降水存在6和20 a為周期的主要周期變化（Cao and Pan，2014），高原東南部川藏鐵路沿線極端降水量顯著增加，極端降水量的年際變化和季節內變化均受極端降水頻數變化的主導（Ma and Yao，2023）;雅魯藏布江流域極端降水指標普遍呈現出增長趨勢，與流域內年平均降水量變化趨勢一致（劉江濤等，2018），其中降水日數、降水總量、極端降水量、連續濕潤日數均在95％置信度水平上顯著上升（楊浩等，2019），最大5 d降水量、中雨天數、逐年平均降水強度和逐年連續降水天數也呈增加趨勢（游慶龍等，2009）。

3 影響高原夏季極端降水的因素

深入探究影響高原極端降水時空分布及其演變的多元因素，對于全面理解全球氣候變暖背景下高原極端降水的形成機制及其演變至關重要。這不僅關乎科學認知的深化，更是制定有效減災策略和應對措施的緊迫需求。眾多研究已廣泛探討了影響高原極端降水的多種因素，這些因素錯綜復雜。本文旨在從全球變暖、大尺度環流模式、天氣系統以及動力熱力機制等核心視角，對這些影響因素進行綜合性總結和深入分析，以期能更全面地理解高原極端降水的形成和演變機制，從而為高原地區的環境保護、氣候預測及災害防治提供更為精確和科學的理論支撐。

3.1 全球變暖

眾多研究表明，自然和人類活動將導致全球大部分地區氣候變暖，這將增加大氣的水汽容納能力，從而導致極端降水增加（Kharin et al.，2013;Stocker et al.，2013）。IPCC第六次評估報告（AR6）指出，區域強降水的強度變化與全球變暖之間存在近乎線性的關系（張文青等，2023），隨著未來全球氣溫變暖幅度的增加，強降水將進一步增強。強降水事件的發生頻次隨全球增暖幅度的增加而呈上升趨勢，越極端的強降水事件，其出現的頻率將以更高的百分比增長（高信度）（IPCC，2021;周波濤和錢進，2021）。在中國區域內，隨著氣溫的升高，平均降水和極端降水均呈現一致增加的趨勢，且極端降水對增暖的響應比平均降水更強，并且越強的極端降水敏感性越大（吳佳等，2015）。

國內外很多學者從熱力學角度研究了極端降水與氣溫的關系，發現極端降水與氣溫的關系符合C-C（Clausius-Clapeyron）方程（以大約7％／℃的速率增加）。也就是說，極端降水的變化對溫度很敏感，隨著大氣溫度增加，極端降水強度的增加速率與C-C速率基本一致，即理論上極端降水強度隨氣溫的變化速率也為7％／℃（Allen and Ingram，2002;Liu et al.，2009;Chen et al.，2011;Wang et al.，2017;Naveendrakumar et al.，2019）。但不同的研究發現，實際情況中極端降水變化與氣溫的關系較為復雜。在中緯度地區，極端降水對溫度的敏感性可能高達14％／℃（Lenderink et al.，2011），而在印度和其他高溫地區往往會出現負速率（Ali and Mishra，2017）。中國大陸日極端降水強度與日平均氣溫關系大多呈峰值型，且大多數站點的變化速率超過C-C速率（Gao et al.，2020），小時極端降水量隨溫度的變化率也大于C-C速率（Miao et al.，2016）。

全球變暖可能導致高原大氣水汽供應呈增加趨勢，這預示著高原水汽含量和降水的潛在增長（黃建平等，2021）。研究指出，高原東部極端降水強度以接近C-C的速率隨近地表溫度上升，且這種增加速率在高原地區顯著超過中國中東部地區。這一現象可能與高原地區深對流降水為主導機制有關，深對流在短時間內釋放大量潛熱，進而增強了降水強度。然而，當溫度超過15 ℃時，極端降水強度隨溫度上升而減弱，這表明降水強度與氣候變暖之間的關系并非總是單調遞增。在高溫條件下，有限的大氣濕度和可降水量可能是限制極端降水強度增長的關鍵因素。此外，有研究表明，溫度和極端降水之間的關系可能隨降水持續時間的變化而有所不同，并且隨著極端降水百分位數的上升，這種關系可能呈現出增強的趨勢（Shaw et al.，2011）。這些發現為我們理解全球變暖背景下高原極端降水的復雜變化提供了重要視角。

3.2 海洋振蕩因子及海溫異常

有研究指出，北大西洋多年代際振蕩（Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO）和厄爾尼諾-南方濤動（El Nio-Southern Oscillation，ENSO）對高原極端降水增多增強具有一定影響，這種影響主要體現在準3 a周期振蕩和多年代際時間尺度上（Wang and Ma，2018;馮曉莉等，2020）。21世紀以來，伴隨著AMO暖相位，高原降水總量、降水強度、中等強度以上降水天數以及極端降水值都顯示出了偏多偏強偏大的特征（馮曉莉等，2020）。ENSO在高原極端降水變化中扮演著重要角色，當Nio3.4區域的海水溫度偏低時，高原暖濕季節的降水總量、中雨以上的天數以及降水極值均表現出偏多偏大的趨勢（馮曉莉等，2020）。印度洋地區東西海溫的偶極振蕩（IOD）與高原汛期降水有較好的相關關系，IOD與歐亞500 hPa的高度場異常有密切的關系，并通過印度西南季風的強弱，影響高原汛期降水的變化（劉青春等，2005）。高原地區盛夏降水與表征西印度洋異常海溫的西極子指數（IOD_W）表現出良好的相關關系，IOD_W正異常年時高原降水偏多10％～30％，其中高原中部偏多最為顯著，而負異常年與之相反（羅布等，2020）。夏季高原降水與赤道印度洋反Walker環流強弱、印度季風槽、副熱帶高壓及西太平洋暖池區對流強度和位置變化有密切的關系（假拉和周順武，2002）。前期11—12月是印度洋海溫異常影響高原夏季降水的關鍵時期，當赤道印度洋關鍵區海溫西暖東冷時，西藏、川西南部及高原東北部夏季降水偏多，反之亦然（張寧瑾，2018）。4月阿拉伯海海溫距平偏高時，除高原南部邊緣和西部阿里外，高原大部分地區夏季降水偏多（假拉和周順武，2003）。即使在10月，印度洋水汽依舊可以通過極端天氣事件影響到高原腹地（崔江鵬等，2014）。

3.3 大尺度環流與多尺度天氣系統

大尺度環流系統的強度和位置的變化對高原降水的分布、強度及變化具有重要影響。西風帶和季風的相互作用會影響高原氣候，并通過環流調節高原地區降水的變化（曹瑜等，2021）。印度夏季風和東亞夏季風的加強有利于高原降水的增強（Zhu et al.，2015）。當偏南氣流在高原地區增強，中緯度西風和熱帶地區東風帶向極地移動加強時，有利于高原夏季極端降水事件的增加（曹瑜等，2021）。夏季北大西洋濤動（North Atlantic Oscillation，NAO）可通過調節大尺度大氣環流與高原地形的相互作用對高原東部降水產生影響（劉煥才和段克勤，2012），也可通過改變西風帶的強度和位置，間接調整高原地區上空的水汽輸送、輻合與輻散模式（孔鋒等，2017）。NAO強年份，高原北部輸入的水汽增加，水汽輻合，有利于降水產生，而高原南部則輸入的水汽減少，降水減少，NAO弱年份則相反（Liu and Yin，2001;劉煥才和段克勤，2012;Liu et al.，2015;謝欣汝，2019）。此外，NAO還可通過調節亞洲急流的經向位置，影響高原南部西邊界的比濕和水分輸送（Wang et al.，2017）。也有研究（Bothe et al.，2011;游慶龍等，2021）指出，高原極端降水變化與北大西洋的風暴軸活動存在聯系，當風暴軸偏強（偏弱）時，瞬變波對基本氣流的強迫效應會相應增強（減弱），導致中高緯度西風強度及輸送均加強（減弱）。同時，北大西洋急流出口區的不穩定性增強導致歐洲西北部的高壓異常，這種變化通過Rossby波的作用影響亞洲季風系統，最終調節了高原地區極端降水。曹瑜等（2021）對高原中東部夏季極端降水與大尺度環流的研究也得出了相似的結論。高原嚴重和極端潮濕的情況通常與緯向拉長的北大西洋風暴路徑有關（Zhu et al.，2011）。中緯度Rossby波破碎是造成喜馬拉雅山地區極端降水的關鍵因素（Vellore et al.，2016）。

影響高原極端降水的天氣系統呈現出極為復雜的特性。這些系統主要包括南亞高壓與西太平洋副熱帶高壓（陶詩言和朱福康，1964;Krishnamurti et al.，1973）、高原上空特有的高原低渦（Li et al.，2011;Lin et al.，2022;Li and Zhang，2023）、高原切變線（Zhang et al.，2016;Yao et al.，2020，2021;Liu and Yao，2022）以及高原地區常見的中小尺度對流系統（Flohn and Reiter，1968）。Sun et al.（2021）對高原中東部的夏季極端降水的天氣型進行了研究，發現其主要影響系統可分為高原槽型、高原切變線型和高原低渦型3種，其中高原切變線型是影響高原中東部極端降水的主要天氣型。眾多研究指出，南亞高壓加強（Chen et al.，2023）、烏拉爾山阻塞高壓的加強（馮蕾和魏鳳英，2008），西風急流的減弱和北移（Gao et al.，2014;Sun et al.，2020;Ding et al.，2021），西北太平洋副熱帶高壓的增強北移或西伸、東亞槽加強（Chen et al.，2023）以及孟加拉灣明顯的氣旋環流異常（Liu et al.，2016），都有利于高原降水的增強。同時，天氣系統強度及位置的異常還可對高原降水落區產生影響。西北太平洋副熱帶高壓的增強和北移以及孟加拉灣明顯的氣旋式環流異常有利于高原中東部夏季降水的發生（Liu et al.，2016）;西太平洋副熱帶高壓南退和南亞高壓東進，可使得高原中東部地區的夏季小時極端降水的落區偏南（Xu et al.，2023）;Ma and Yao（2023）等研究表明，當孟加拉灣和蒙古地區500 hPa存在反氣旋性環流異常時，高原東南部低層偏南風和氣旋性切變加強，有利于高原南部川藏鐵路附近日極端降水量偏多。

3.4 動力熱力因素

在動力機制方面，高原大地形通過其顯著的機械阻擋作用對西風氣流產生影響，引發繞流和爬流現象。這種作用進一步對西風帶產生分流效果，形成兩支氣流并在高原東部匯合，形成強大的西風急流（葉篤正和顧震潮，1955）。夏季時，西風氣流經過高原時以繞流為主，爬流則與高原附近的垂直運動具有很高的位置對應關系（李斐等，2012）。在局地尺度上，高原復雜地形可能通過調節相關的上升運動，在形成極端降水的不均勻分布中發揮關鍵作用（Ma et al.，2023）。同時高原對氣流的機械強迫效應，又會不可避免地導致大氣環流模式的重新調整，進而導致加熱場的重新配置，而這種加熱格局的調整反過來又會增強環流和氣候變化的強度（姚秀萍等，2021）。

在熱力機制方面，高原作為巨大的夏季熱源，自20世紀50年代起便受到關注，其中葉篤正等（1957）的研究揭示了高原陸面熱狀況對北半球氣候異常的顯著影響。高原加熱可使其上空大氣柱每天增溫3 ℃左右，引起空氣上升以及周邊大氣向高原的匯聚，一方面有利于高原對流活動的發生，局地對流活動和增強有利于極端降水的發生。另一方面，高原加熱可引導熱帶暖濕氣流北上，從而觸發了夏季風的爆發（Li and Yanai，1996;吳國雄和張永生，1998;姚秀萍等，2021），并對東亞夏季風的增強起到了關鍵作用。增強的季風帶來的大量暖濕氣流則為高原地區極端降水的形成提供了豐富的水汽條件。此外，夏季高原的熱力影響可強迫低渦和切變線的產生，這些天氣系統對高原極端降水的發生具有重要影響（吳國雄等，2013;Lin et al.，2022）。東亞區域的降水分布在很大程度上受到高原自身的熱力抬升和降水潛熱釋放所引發的大氣波動的調控（吳國雄等，2005）。此外，Trenberth（1999）進一步指出，潛熱和感熱通量不僅導致空氣溫度上升，同時也增加了空氣的濕度，從而為區域性降水和極端降水事件的增加增強創造了有利條件。高原熱源效應的日變化也是不可忽視的，其中山谷風現象是這種日變化的重要體現之一。

水汽也是極端降水形成過程中最重要的因素之一（孔鋒等，2017;IPCC，2021），區域水循環加速是高原降水增加的原因之一（湯秋鴻等，2020）。大量的研究表明，高原夏季的水汽主要從熱帶印度洋和西太平洋進行長距離輸送（Dong et al.，2017;Ma et al.，2018）。南亞季風和東亞季風帶來的水汽對高原南部和東部影響較大，但對高原北部影響較小（Yao et al.，2013;Wang et al.，2017;Ma et al.，2018），高原北部的降水及其水汽來源主要受西風控制（Liu et al.，2014;Guan et al.，2019）。Wang et al.（2023）對高原北部極端降水的水汽來源進行了研究，發現來自阿拉伯海和南亞次大陸的水汽以及整個高原的局地蒸發是高原北部極端降水的主要水汽源，但不同來源的水汽貢獻在高原不同區域存在差異。降水的位置、強度和持續時間主要由水汽的來源和輸送路徑決定，大尺度大氣環流變動導致的水汽輸送變化則是導致降水極值發生變化的關鍵因素（Trenberth et al.，2003;王任若愚，2022）。研究表明，水汽對高原極端降水的影響主要有兩條途徑：一條是西風帶控制的水汽通道，另一條是印度季風控制的水汽通道。由于雅魯藏布大峽谷為水汽輸送提供了天然通道，高原東南部的極端降水從孟加拉灣吸收了大約75％的總水分，故高原東南地區極端降水的開始時間也早于高原其他地區（Ma et al.，2020）。水汽輸送通道加強有利于高原南部和東部地區水汽增多并產生強輻合，有利于極端降水的產生（曹瑜等，2019）。高原的水汽收支與周邊大陸和海洋的大尺度大氣水汽輸送密切相關，特別是與印太暖池的水汽輸送密切相關。近幾十年來，高原的水汽收支總體呈現明顯的年代際和年際增加趨勢，全球變暖和印度-太平洋暖池的地表潛熱通量暖池指數增加顯著有助于高原的水汽收支增加（Meng et al.，2020）。

總體來看，上升運動、水汽輻合、大氣對流不穩定性等動力和熱力因素與極端降水密切相關，這些條件的加強均有利于增強高原南部川藏鐵路附近極端降水的增強（Ma and Yao，2023）。

4 高原夏季極端降水的災害風險與未來預估

4.1 高原夏季極端降水的災害風險

在全球氣候變化的大背景下，高原極端降水的時空格局變化顯著，這不僅對高原脆弱的高原生態環境帶來了巨大挑戰，還可能引發洪澇、泥石流等地質災害、對水利水電等關鍵基礎設施造成嚴重破壞。同時，這也將直接影響交通道路的暢通與安全，對社會經濟發展和民眾生活產生深遠的影響。

高原東南部是滑坡、崩塌發育的重災區（盛海洋和李紅旗，2004）。致命性的山體滑坡主要集中在高原東坡一、二級地形的交界處（Lin and Wang，2018）。隨著氣候變暖加劇，極端降水頻率與強度的增加進一步加劇了中國滑坡災害的風險，且高原地區尤為顯著（王霞等，2022）。鄒新華等（2013）在縣域尺度上對高原洪澇災害進行了定量分析，發現極端降水變化在高原內部表現出較大的區域空間差異，導致部分區域洪澇災害風險逐漸加劇。河湟谷地、西藏一江兩河、甘南高原以及川西北高原山地等區域應作為洪澇災害的重點防范區域。崔鵬等（2015）對高原山地災害進行了綜合風險評估，研究結果顯示，高度風險區主要集中在高原西部和南部邊緣地區（占比20.55％），且川西高原和藏東南尤為突出。其中，滑坡和泥石流的高危險區主要分布在藏東南、川西以及青海東部，特別是雅魯藏布江中游、三江地區、橫斷山脈和湟水河流域（圖3a）;而山洪災害的高危險區則主要分布于高原東部的昆侖山東段、祁連山地區、甘南高原西部、西藏一江兩河地區、南部邊緣以及唐古拉山的部分地區（圖3b）。

泥石流、滑坡、崩塌等地質災害也對道路交通構成了巨大的威脅（崔鵬和林勇明，2008）。我國歷史上幾次最為嚴重的鐵路運行事故均為強降水以及其引發次生地質災害所導致（張子曰，2019）。高原地區的鐵路與公路，特別是青藏鐵路和川藏鐵路這兩條至關重要的交通線路，其建設與運營均受到極端降水事件的深刻影響。拉巴卓瑪和普布貴吉（2007）對青藏鐵路沿線的氣象災害特征進行研究發現，7、8月鐵路沿線會遭遇短時強降水天氣，雖然這種極端天氣事件的氣候概率相對較小，但它們發生時會對鐵路路基和其他基礎設施造成一定影響。張子曰（2019）對川藏鐵路沿線的氣象風險進行了分析，指出鐵路建設過程中應特別關注降水量大的四川盆地、川西高原及林芝市;鐵路運營階段要關注川西高原地形快速爬升的區域，要注意防范局地地形降水造成的次生災害的影響。

另外，隨著高原地區城市化進程的加快，城市不透水面迅速擴張，對當地水文循環產生了顯著影響（Pan et al.，2020;高卿等，2021）。受到氣候變化和城市化的雙重壓力，高原城市地區未來可能面臨更嚴重的洪澇災害風險。以拉薩市為例，未來城市擴張將顯著削弱其應對洪澇的能力。氣候變化帶來的降水模式改變，可能使拉薩市及其周邊地區面臨更加頻繁的極端降雨事件，這無疑將加劇洪澇災害的風險（戴開璇等，2022）。因此，拉薩市必須嚴格控制城市開發對水域和綠地的侵占，同時優化土地使用效率。面對全球氣候變化和城市化進程的雙重挑戰，高原各城市都應積極探索可持續的城市發展道路，加強生態保護，優化土地利用，提升城市防洪排水能力，確保城市的持續安全與穩健發展。

綜上，高原地區的基礎設施建設與城市發展中要綜合考慮地質、氣候和環境等多種因素，采取多學科、多部門合作的方式，通過加強監測預警、優化城市規劃、提升防洪排水能力等措施，確保高原地區的交通安全和城市可持續發展。

4.2 高原夏季極端降水的未來預估

為了應對全球變暖的挑戰，世界各國于2015年簽署了《巴黎協定》，該協定的長期目標是限制全球平均氣溫的上升幅度，相較于前工業化時期，控制在2.0 ℃以內，并致力于將升溫幅度進一步限制在1.5 ℃以內。此后，全球平均升溫1.5 ℃及全球平均升溫2.0 ℃對降水的影響，成為國際社會廣泛關注的重要科學議題（Li et al.，2018a，2018b;Li et al.，2018;Chen et al.，2020;Zhang et al.，2020）。

IPCC第六次評估報告（AR6）指出，隨著全球進一步增暖，全球水循環將進一步增強（姜大膀和王娜，2021）。全球范圍內的極端降水頻率和總量將顯著增加（Li et al.，2018a;Wang et al.，2018）。未來全球變暖趨勢越顯著，強降水的增強越劇烈，強降水事件的頻次增長也越明顯，且越極端的強降水事件，其發生頻率的增長百分比越大（高信度）。比如，未來20 a一遇、100 a一遇的強降水，在全球氣溫上升1.5 ℃情景下出現的頻率將分別增加10％與20％;在全球氣溫上升2 ℃情景下，其發生頻率將分別增加22％與45％以上（IPCC，2021;周波濤和錢進，2021）。同樣，中國地區極端降水的發生概率在2.0 ℃溫升下比1.5 ℃溫升下更高（Li et al.，2018b），其強度在1.5 ℃溫升及2.0 ℃溫升下將分別增加7％和11％（Li et al.，2018b）。

高原是全球氣候變化最敏感地區之一，其增溫率超過全球同期平均增溫率（Wang et al.，2008;Yao et al.，2019;You et al.，2021）。不同模式對高原未來降水的預估總體呈現增加趨勢（Wang et al.，2021;欒瀾，2022;朱連華等，2023）。吳佳等（2015）基于CMIP5模式，定量分析了中國區域年平均降水、強降水量（R95P）、極端強降水量（R99P）對增暖的響應，發現極端降水對增暖的響應比平均降水更強，且高原地區和西南地區的R95P和R99P增加最顯著。Zhou et al.（2019）基于CMIP5多模式集合結果指出，全球增暖1.5 ℃情景下高原地區降水強度和頻率均顯著增加，其中高原北部增加尤為顯著（Jia et al.，2019）。從2016年開始，CMIP6試驗數據陸續發布，其在物理過程、生物地球化學過程、參數化方案和分辨率等方面均較早期版本均有所改進（Eyring et al，2019;陳煒等，2021）。與CMIP5相比，CMIP6對中國地區極端降水的模擬能力總體有所提升（王予等，2021;李博淵和胡芩，2024），當前的CMIP6年代際預測模式在高原夏季降水的預測上已經具備近10 a的預測能力（Hu et al.，2021），這為我們更好地理解和應對高原氣候變化提供了有力的工具。基于CMIP6模式對高原降水的未來預估表明，隨著時間的推移和情景強度的增加，高原降水增幅更加明顯（陳煒等，2021）。高原南部喜馬拉雅山脈附近和高原東南部海拔較低地區降水增加幅度最大，增加范圍明顯擴大（李博淵和胡芩，2024）。也有一些研究基于CORDEX模式、CESM模式對于高原南部川藏鐵路區域的極端降水進行了預估，發現高原南部川藏鐵路區域的極端降水頻次在變暖的情景下有所增多（Zhang et al.，2021），1.5和2.0 ℃溫升背景下，川藏鐵路區域年均夏季日極端降水量分別將增至當前氣候的2.4倍和2.8倍，額外0.5 ℃溫升可使該區域年均夏季日極端降水量增多20％（馬嘉理，2023）。總體來看，模式預估的不確定性主要受排放情景差異的影響（Zhou et al.，2014;Wang et al.，2021;欒瀾，2022）。在氣候變暖背景下，高原地區極端降水趨于頻繁，并且強度有所增加（許建偉，2015），氣候暖濕化和降水極端化進一步加劇，寒旱區和生態脆弱區水資源分布將面臨巨大的風險。

5 結論與展望

本文回顧和總結了高原夏季極端降水的定義與指數、時空分布及其演變特征、影響因素、未來預估等方面的研究進展，得到了以下結論：

1）目前研究中廣泛采用百分位閾值法來對極端降水進行定義，相比絕對閾值法，采用百分位閾值法時，不同區域的閾值都依據其實際降水狀況而定，能更準確地反映極端降水的區域性和季節性特征，有助于客觀分析其氣候特性和變化趨勢。另外，研究中還常采用反映不同極端特征的極端降水指數以評估降水事件的強度、頻率和持續時間的變化等，其對于深入理解氣候變化具有重要價值。

2）高原極端降水的分布呈現由東南向西北遞減的特征，降水強度和強降水強度指數都與之類似。極端降水事件最易開始于當地時下午18時，并于早晨07時結束，在午夜23時峰值的占比更高，夜間長時間降水的比例更大。近年來高原極端降水總體呈增加趨勢，且在總降水量中所占比例亦逐漸增加。然而，由于使用的降水數據、研究時間跨度、以及區域劃分標準等因素的不一致，不同研究得出的結論仍有所差異。

3）相對于平均降水，極端降水對自然因子和人文因子的響應更加敏感。影響高原極端降水的因素復雜多樣，全球變暖、大尺度環流形勢、不同尺度的天氣系統均是影響高原極端降水的重要因素，上升運動、水汽輸送與輻合、大氣對流不穩定性等動力和熱力因素的增強均有利于高原極端降水的增強。

4）高原是全球氣候變化最敏感地區之一，在氣候變暖背景下，高原地區極端降水趨于頻繁且強度有所增加，高原地區氣象災害風險進一步加劇。不同模式對高原未來極端降水量的預估總體呈增加趨勢，且高排放情景的變化趨勢大于中等及低排放情景，高原極端降水量的增加具有顯著的空間非均勻性。

高原極端降水研究領域充滿了眾多值得探索和挑戰的問題，其中包含諸多亟待探索與應對的復雜問題，單項研究難以全面涵蓋所有的相關議題。因此，本文將聚焦于三個關鍵視角，以展望未來對高原夏季極端降水的研究。

1）多源資料在高原極端降水研究中的使用至關重要。高原地區地形復雜，地面觀測站點稀少且不均勻性等問題突出，給極端降水的精確監測和研究帶來了巨大挑戰。因此，研究中往往需要充分利用多源資料來彌補地面觀測的不足，以更全面、深入地了解高原極端降水的特征與機理等。除了目前采用較多的高分辨率衛星資料以外，來自青藏高原綜合科學考察、青藏高原大氣科學試驗等觀測的數據也是研究極端降水不可或缺的重要資源。這些資料可為高原降水研究，特別是特定區域或過程的深入、細致分析提供重要支持。這些多源資料的綜合運用，對于精確揭示高原極端降水現象具有不可替代的科學價值。

2）多尺度天氣系統影響機理研究。已有研究中指出了影響高原極端降水的眾多因素，尤其不同尺度的環流系統的影響，但不同層次、不同尺度的系統之間是怎么相互影響并最終共同影響極端降水的發生發展，這個問題目前還未深入展開，在后續關于高原降水尤其極端降水的相關研究中應當予以重視。

3）復合事件研究。復合事件是由多重災害或驅動因素導致的天氣和氣候事件，是破壞和影響方面最致命和危險的極端事件。與單一極端事件相比，復合事件造成的影響更為嚴重，發生機理和變化規律也更為復雜。氣候變化背景下許多復合極端事件頻發、強發，極端事件間的組合形式也呈現出新特點，對科學研究和防災應對提出了更高的要求和更嚴峻的挑戰。因此未來對于高原極端天氣的研究亦需關注高原復合事件，以提高對復合事件的科學認識和應對能力。

最終，必須指出的是，本文旨在對高原夏季極端降水的研究進展進行整理與綜述。文獻回顧主要關注了該領域的主要文獻，但由于篇幅和范圍的限制，難以實現全面性，因此遺漏之處在所難免，歡迎各位讀者一起探討交流。

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·ARTICLE·

Research progress and prospects on summer extreme precipitation over the Qinghai-Xizang Plateau

LIU Qiaohua1，2，3，YAO Xiuping1，2，3，MA Jiali4，LI Ruoying2，3

1School of Atmospheric Sciences，Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China;

2State Key Laboratory of Severes Weather，Chinese Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081，China;

3China Meteorological Administration Training Centre，Beijing 100081，China;

4Earth System Modeling and Prediction Centre，China Meteorological Administration，Beijing 100081，China

Abstract With global warming，extreme precipitation events are becoming more frequent and intense，affecting broader regions and presenting significant global challenges.The Qinghai-Xizang Plateau，known as the “roof of the world，” has a unique geographical position and fragile ecosystem，making it particularly sensitive to climate change.Extreme precipitation events exacerbate the uneven spatial and temporal distribution of water resources across the Qinghai-Xizang Plateau and trigger natural disasters such as landslides，mudslides，and floods，posing severe risks to local populations and ecosystems.

This paper provides a comprehensive review of recent research on summer extreme precipitation over the Qinghai-Xizang Plateau，focusing on four key aspects：1） definitions and indices of extreme precipitation;2） characteristics of summer extreme precipitation over the Qinghai-Xizang Plateau;3） factors influencing extreme summer precipitation over the Qinghai-Xizang Plateau;and 4） disaster risks and future projections of summer extreme precipitation over the Qinghai-Xizang Plateau.The percentile threshold method is widely used to define extreme precipitation，revealing a pattern of “less in the northwest and more in the southeast” across the Qinghai-Xizang Plateau.There is a notable increasing trend in extreme precipitation，characterized by extended durations and a greater contribution to total precipitation.

Extreme precipitation over the Qinghai-Xizang Plateau is highly sensitive to both natural and anthropogenic factors.The determinants are complex and multifaceted，involving interactions with global warming，atmospheric circulation patterns，and multi-scale weather systems.Key dynamic and thermodynamic factors，such as ascending motions，moisture transport and convergence，and enhanced atmospheric convective instability，create conditions conducive to the intensification of extreme precipitation.Future climate model projections consistently suggest an intensification of the global water cycle，increasing the frequency and magnitude of extreme precipitation under continued global warming.These trends are more pronounced under high-emission scenarios compared to moderate and low-emission scenarios，posing significant challenges to the Qinghai-Xizang Plateaus fragile ecosystems and socio-economic advancement.

While considerable progress has been made in understanding extreme precipitation over the Qinghai-Xizang Plateau，many complex issues require further investigation.This review aims to summarize current knowledge and highlight future research directions，enhancing our unders tanding of extreme precipitation patterns and their impacts on the Qinghai-Xizang Plateau and surrounding regions.By providing theoretical insights into the challenges posed by climate change on the Qinghai-Xizang Plateau，this paper seeks to inform more effective responses to the evolving threats of global warming and extreme precipitation events.

Keywords Qinghai-Xizang Plateau;summer extreme precipitation;global warming;sea surface temperature anomaly;disasters risks;future projections

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20240217001

（責任編輯：劉菲）