问题——远在低纬度海域的海温波动,何以牵动东亚地区的降水分布与冷暖变化?
长期以来,热带海洋异常与东亚季风之间的联系被认识为“遥相关”,但其关键环节在哪里、如何形成并维持,曾是国际气候学界持续攻关的难点。
东亚季风系统跨海跨陆,影响范围广、链条长,极端降水事件往往具有突发性与区域性叠加特征,对准确预报提出更高要求。
原因——研究指出,连接热带海洋与东亚季风的“关键桥梁”,集中体现在西北太平洋异常反气旋这一大气环流异常系统上。
以厄尔尼诺事件为例,当赤道中东太平洋海温偏高,海面上空对流增强并促使空气上升,带来热带大气加热与环流调整;随之产生的高层异常气流向西传播,在西太平洋一带造成下沉与对流受抑,凝结潜热释放减弱形成“对流冷却”异常。
该异常进一步激发大气的罗斯贝波响应,最终在西北太平洋上空建立并维持一个较稳定的反气旋式环流结构。
研究把这一链条从观测特征、动力过程到维持机制进行了系统刻画,解释了“海温变化—对流响应—波动传播—环流异常”如何层层传递,形成可被监测的关键环节。
除太平洋外,热带印度洋同样可能通过海气耦合过程对上述环流异常产生影响。
研究结合案例分析指出,印度洋海温异常可激发并维持西北太平洋异常反气旋,从而影响东亚水汽输送通道与季风强度。
团队在对2020年长江流域超强梅雨的研究中提出,前期南印度洋缓慢移动的海洋罗斯贝波与印度洋异常加热,是推动西太反气旋维持并促使水汽持续向长江流域输送的重要因素之一,为理解极端降水的形成提供了更完整的海洋背景解释。
影响——这一成果的直接意义在于,把“遥相关”从统计关联推进到物理可解释、可追踪的机制层面,使关键环流异常成为连接海洋信号与区域气候响应的“可操作指标”。
对我国而言,东亚季风关系粮食安全、城市运行、防洪减灾与重大工程调度,极端降水事件又常与台风、季风雨带摆动等共同作用,风险叠加明显。
通过明确西北太平洋异常反气旋的形成与维持机制,可为对季风异常、雨带异常北跳或滞留等现象提供机理支撑,有助于提升对强降水过程的风险识别能力与季节尺度预报的可信度。
更重要的是,研究为业务化监测与预测提供了科学抓手。
相关成果已被业务部门吸纳为监测指标之一,有利于在厄尔尼诺、印度洋异常增暖等关键海洋信号出现时,及早研判对东亚季风及我国东部降水格局的潜在影响,为防汛抗旱、水库调度、农业生产与城市排涝预案提供前瞻参考。
对策——在气候变化背景下,极端降水的发生概率与影响强度可能呈现新的特征,单一要素的经验判断难以满足风险管理需求。
业内人士建议,在既有基础上进一步加强三方面工作:一是强化热带太平洋与印度洋关键海温异常的持续监测,提升海洋与大气联合观测能力;二是推进机理研究与数值模式的耦合改进,把西北太平洋异常反气旋等关键环流系统更准确地纳入模式约束,减少区域降水模拟偏差;三是推动科研成果与气象、水利、应急等部门的信息共享与联合会商,形成从“海洋信号识别—环流异常判读—雨洪风险评估”的链式服务能力,提高预警发布的提前量和针对性。
前景——该成果凝聚了长期积累的研究路径:从观测现象出发,提出科学问题,进而以动力学过程解释并以案例验证。
随着海气相互作用研究不断深化,未来有望在季节到年际尺度上进一步提升对东亚季风异常及极端降水的可预报性。
同时,围绕西北太平洋异常反气旋的形成、维持与多源强迫叠加机制,仍存在需持续攻关的方向,包括不同海盆信号的相对贡献、背景气候态变化对环流响应的调制,以及极端事件的多尺度耦合等。
通过持续完善观测—理论—模式闭环,将为我国应对复杂天气气候风险提供更坚实的科技支撑。
科学研究的价值在于不断扩展人类对自然的认识边界。
张人禾团队的研究成果表明,当我们对某一领域的理解越深入,新的问题和机遇也随之呈现。
这项研究不仅解开了横跨大洋的气候影响之谜,更为我国应对复杂天气气候挑战提供了坚实的科学支撑。
在气候变化日益显著的当下,这类基础研究的突破具有重要的现实意义,将继续指导我们更加精准地预测和应对极端气候事件,为防灾减灾和经济社会发展提供科学保障。