为什么2022年中国热浪和巴基斯坦洪涝同时出现？最新研究论文来了

　　青藏高原环流逆转推动了2022年中国热浪和巴基斯坦洪水同步发生
　　在2022年盛夏(7-8月)，亚洲副热带地区发生了一系列极端气候事件。持续性的高温热浪袭击了东亚的长江流域及周边地区，造成了干旱、山火、电力短缺等次生灾害；与此同时，持续性的暴雨和洪涝灾害袭击了南亚西部和西亚的沙漠地带，尤其是位于南 亚西部的巴基斯坦，造成了重大人员伤亡和基础设施损毁。上述两个极端气候事件同时发生在北纬30°附近的副热带地区，分别位于青藏高原的东、西两侧。那么，什么原因造成了这两个同时发生的极端事件？ 近日， 暨南大学的何超研究员 与 中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室 学者合作，在 Climate Dynamics 发表了研究论文， 提出青藏高原上空的异常大气环流推动了长江流域热浪和巴基斯坦洪水同步发生。
　　2022年盛夏亚洲极端气候的成因可以用一句话通俗地解释为：副热带青藏高原上空盛行的西风逆转为东风，造成了高原东、西两侧的气候状态＂互换＂,原本位于高原西侧的干燥酷热气候出现在了高原东侧，原本位于高原东侧的湿润多雨气候出现在了高原西侧。
　　图1 高原上空特殊热力结构约束下，纬向风影响高原东、西两侧垂直运动和气候状态的示意图；其中红色曲线表示气候态等熵面，蓝色箭头表示大气流动方向。（a）气候平均意义下，西风过青藏高原时，通过等熵滑动机制在高原西侧诱发下沉运动，在高原东侧诱发抬升运动，造就了夏季高原西侧酷热干旱的沙漠气候以及高原东侧湿润多雨的气候。（b）某些特殊年份（例如2022年），高原上空纬向风发生逆转，东风诱发了高原东侧的下沉运动和高原西侧的抬升运动，造成了高原东侧的高温干旱和高原西侧多雨洪涝的异常气候。
　　强烈而持久的大气下沉运动抑制云、雨的形成，增加到达地表的太阳短波辐射，是夏季高温热浪的直接推手。强烈的大气抬升运动促使近地面的水汽抬升凝结，是形成暴雨洪涝的直接推手。 在2022年盛夏时节，持久而强烈的异常下沉和抬升运动分别控制了青藏高原东、西两侧，异常垂直运动贯穿整个对流层并在对流层中上层最为强烈。 揭示高原东、西两侧大气异常垂直运动的成因，是理解2022年盛夏亚洲极端气候的关键。
　　大气边界层存在Ekman抽吸机制，因此边界层内的高压和低压系统分别诱发下沉和抬升运动；在边界层以上的自由大气当中，上述气压场与垂直运动的关系不成立。自由大气的运动并非完全＂自由＂，也受到热力学和动力学过程的约束，必须遵守一些基本‘交通规则’；其中基于热力学第一定律的一项重要规则是： 绝热流必沿等熵面运动 。大气中的等熵面大体上呈水平分布，并随着高度略向冷区倾斜。如果等熵面是倾斜的，那么特定方向的水平气流会沿着倾斜的等熵面向上或向下滑动，称为＂等熵滑动＂，就像人和车辆沿着斜坡上的道路上坡或下坡一样。等熵滑动是大气垂直运动的重要触发机制，非绝热加热的正反馈进一步增强了绝热流通过等熵滑动而触发的抬升/下沉运动。北半球的南北热力差异导致等熵面总体上随高度向北倾斜，南/北风沿着等熵面上/下滑而产生抬升/下沉运动，因此自由大气中的抬升运动一般位于槽前(或低压东部、高压西部)的南风区，下沉运动位于脊前（或低压西部、高压东部）的北风区。
　　夏季的青藏高原是大气的热源，高原上空存在明显的大气暖中心，高原东侧等熵面随高度向东倾斜，高原西侧等熵面随高度向西倾斜（图1红线所示），完全不同于中纬度等熵面随高度向北倾斜的特征。在这种特殊热力结构下，纬向风通过等熵滑动机制而在高原东、西两侧触发垂直运动。气候平均而言，盛夏季节整个青藏高原都处于西风控制之下，西风在高原西侧诱发下沉运动而在高原东侧诱发抬升运动，造就了夏季高原西侧酷热干旱的沙漠气候和高原东侧湿润多雨的气候（图1a）。然而， 副热带青藏高原上空的纬向风强度存在明显的年际振荡，甚至在少数年份逆转为东风；1979年共出现了4次逆转，分别是1994、2006、2013和2022年。 这四个年份无一例外都是长江流域的极端高温年份，而2022年和1994年分别是南亚西部排名前两位的极端多雨年份。 2022年盛夏高原上空出现了1979年以来最强的东风，空前强盛的东风通过等熵滑动机制而在高原东、西两侧分别诱发了前所未有的强烈下沉和抬升，直接造成了长江流域的极端热浪和南亚西部的极端洪涝（图1b）。
　　大气内部变率和下垫面的强迫都能够影响特定年份的异常大气环流，其中海表面温度是最重要的下垫面强迫条件。 2022年盛夏高原上空之所以出现空前强盛的东风，得益于大气内部变率与异常海温的协同影响，二者分别具有大约2/3和1/3的贡献。在2022年盛夏，高原北侧存在一个明显的异常反气旋，削弱了其南侧高原上空的西风；这一异常反气旋是中纬度的大气正压波列的一部分，可视为大气内部变率。在前期拉尼娜事件的影响下，2022年盛夏热带印度洋海温处于偏冷状态，降低了热带对流层温度并削弱了热带与中纬度之间的温差，也对副热带青藏高原上空的西风起削弱作用。假如没有异常海温的影响，高原上空盛夏纬向风出现逆转的概率很小， 而2022年印度洋的异常冷海温将这一概率提升了5倍。
　　＂青藏高原上空存在特殊的大气热力结构，使得高原周边地区的气候状况敏感地依赖于高原上空的大气环流。＂论文合作作者张丽霞副研究员最后补充说：＂从大气动力学角度理解极端气候事件背后的成因，既是开展气候检测和归因的需要，也是进一步开展气候预测和预估工作的前提。＂
　　本研究受到国家自然科学基金（批准号42175024,41875081）和第二次青藏高原科学考察与研究(STEP)计划（批准号2019QZKK0102）的资助。
　　论文信息：
　　He C, Zhou T, Zhang L, Chen X, Zhang W (2023) Extremely hot East Asia and flooding western South Asia in the summer of 2022 tied to reversed flow over Tibetan Plateau. Clim Dynam. doi:10.1007/s00382-023-06669-y
　　论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06669-y
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