南京信息工程大学陆气相互作用团队硕士研究生以第一作者在《Climate Dynamics》揭示20世纪末西亚冷季降水年代际变化:北极海冰和AMO影响
降水是影响西亚干旱变化的主要因素，对当地生态与气候变化至关重要。西亚地处干旱/半干旱气候区，干旱区域的扩张不仅会加剧区域变暖，还会进一步加剧西亚的陆面热力异常。值得注意的是，西亚陆面热力异常不仅会改变海陆热力对比，影响印度洋的水汽输送及印度夏季风，更对下游东亚地区的气候具有显著的调控作用。因此，全面了解西亚降水的变化特征及其背后的物理机制，对于预测区域陆面热力异常及下游气候演变具有重要的意义。虽然作为连接地中海和印度洋的桥梁，但西亚大部分地区由于不受印度夏季风的直接影响，导致其降水主要集中在冷季（12月至次年3月）。近年来，在全球变暖背景下，西亚表现出显著的增温趋势和对气候变化的高敏感性。以往的研究多集中于天气尺度、季节内及年际尺度上西亚冷季降水的变化及影响因子。然而，了解降水的年代际变化对于长期的旱涝气候预测同样关键。NUIST陆气相互作用团队朱司光副教授指导的硕士研究生何嘉榕，及合作者陈海山教授等，基于长时间序列观测资料、再分析数据以及地球系统模式（CESM2）模式试验，深入探讨了西亚冷季降水（WACP）在1990年代末年代际减少的物理机制，揭示了大西洋多年代际振荡（AMO）和北极海冰的驱动作用。相关成果近期发表在国际期刊《Climate Dynamics》上。主要结论如下：基于M-K突变检验和低通滤波分析，研究发现西亚冷季降水（20°N-40°N, 40°E-70°E）在1990年代末（1998年左右）发生了一次显著的年代际突变，由偏多期转为偏少期（图1）。这种降水的年代际减少与同期大气环流背景的显著调整密切相关。在降水偏少的时期（1999-2018年），对流层上层的中东急流（MEJS）发生显著北抬。这种北抬阻碍了冷涡南下引发强对流天气，使得西亚上空对流层高层被异常反气旋控制；同时，对流层低层同样受到异常高压和反气旋环流的支配。这种“高低空一致”的配置导致西亚地区出现显著的下沉运动。此外，来自阿拉伯海的水汽输送也随之减弱，使得西亚地区难以维持充足的水汽条件，进而导致降水异常偏少。
图1. 1970-2021年WACP的年代际变化特征。(a) M-K突变检验及(b)标准化时间序列，黑色虚线和红色实线分别表示20年平均值和经9年低通滤波器滤波得到的年代际分量；(c) 1979-1998年与 (d) 1999-2018年西亚冷季降水合成及其 (e) 差异的空间分布，打点表示显著性水平在95%以上的区域，黑色矩形表示西亚冷季降水年代际变化的关键区。
2. AMO与北极海冰的可能影响机制
那么，是什么驱动了上述环流的年代际转变？分析表明，在1990年代末，不仅WACP显著减少，巴伦支海海冰（BSIC）也出现加速消融，同时AMO从冷位相转为暖位相。偏相关分析与Granger因果关系检验进一步证实，WACP年代际减少受BSIC减少和AMO位相转变驱动。
2.1 BSIC的热力强迫与经向环流异常
当巴伦支海海冰偏少时，海表向上的湍流热通量以及净长波辐射显著异常增加，导致局地海冰表面温度升高。这种异常的局地热力作用在巴伦支海上空激发出一个准正压的异常反气旋环流，并伴随贯穿整个对流层的异常上升运动。上升气流在高空辐散，进而激发了大尺度的经向环流异常（图2）。在该环流的调制下，西亚及地中海地区对流层中低层出现显著的下沉运动和散度异常，形成准正压的反气旋。这一系统不仅引导异常偏北风进入西亚影响水汽输送（带来的水汽较少），还通过影响MEJS的北移，造成西亚地区的持续干旱。
图2. BSIC异常偏少（暖期）与偏多（冷期）对应的经向环流异常。BT2M暖位相和BT2M冷位相时期30°E-70°E纬向平均的(a, b) 垂直速度 (；填色;10-2Pa·s-1) 与经向风 (矢量；m·s-1) 异常剖面；和(d, e) 水平风散度 (10-6S-1）异常剖面。以及对 (c, f) BT2M指数的回归。打点表示显著性水平在95%以上的区域。
2.2 AMO调制的跨欧亚Rossby波列遥相关
除了极地海冰的驱动，来自北大西洋的年代际信号同样关键。回归分析和波作用通量（WAF）诊断显示，当AMO处于暖位相（正位相）时，北大西洋的异常偏暖海温会在对流层高层激发异常散度，从而触发一支横跨欧亚大陆的大尺度准正压Rossby波列（图3）。该波列从北大西洋中部起始，向北穿越欧洲，最终向东传播至下游的西亚地区。随着波能量的频散，西亚上空形成了显著的正位势高度异常和反气旋环流，伴随着中层强烈的下沉运动。此外，AMO引起的温度梯度改变也促使了MEJS的异常北移，进一步阻碍了降水的形成。
图3. AMO回归的 (a) 300 hPa位势高度 (填色; gpm) 及波作用通量 (WAF; 矢量; m-2·s-2)与 (b) 850 hPa位势高度 (填色; gpm) 及水平风场 (矢量;m·s-1) 。打点表示显著性水平在95%以上的区域。
3. 模式验证与总结
为了剥离并验证AMO和巴伦支海海冰各自的具体作用，本文利用地球系统模式（CESM2）设计了6组敏感性试验。结果显示：单独施加AMO暖位相海温，或单独施加巴伦支海海冰偏少的外强迫，均会导致西亚地区水汽输送路径的改变和降水的抑制（图4）。
图4. 敏感性实验（a）SST_P1和（b）ICE_P1，以及（c）SST_P1_ICE相对于对照组（CTRL）的降水异常（PRECT；mm/月）空间分布，以及（d）SST_P2与SST_P1之间的差异，（e）ICE_P2与ICE_P1之间的差异，（f）SST_P2_ICE与SST_P1_ICE之间的差异。黑色矩形表示WACP关键区。打点表示显著性水平在95%以上的区域。
综合上述分析，研究提出了如下图所示的物理机制模型（图5）。暖位相的AMO和巴伦支海海冰的减少通过两条独立的路径（Rossby波列遥相关 & 局地热力强迫激发的经向环流异常），共同在西亚-地中海地区建立并维持了准正压反气旋异常和MEJS的北移。这导致了异常偏北风的盛行、下沉运动的加剧以及风暴轴的偏移，最终协同造成了20世纪末西亚冷季降水的年代际减少。
图5. 北极海冰减少与AMO暖位相影响西亚冷季降水年代际变化的物理机制示意图。
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He J, Zhu S, Chen H, Qiao Z (2026) Interdecadal change of cold season precipitation in West Asia in the late twentieth century: impact of Arctic sea ice and AMO. Clim Dyn 64:158. https://doi.org/10.1007/s00382-026-08123-1
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