青藏高原夏季极端降水研究进展与展望

摘要 在全球变暖背景下，极端降水正日益频繁、剧烈并影响更广泛的区域。特别是在气候变化的敏感区域——青藏高原（以下简称高原），这些现象的发生频率和强度均有显著增加，对当地乃至下游地区的生态环境和生产生活造成了重大影响。因此，对高原极端降水进行深入研究具有深远的科学意义和社会价值。本文从极端降水定义与指数、高原夏季极端降水特征、影响高原夏季极端降水的因素、高原夏季极端降水的灾害风险与未来预估四个方面，对近几十年来高原夏季极端降水的相关研究成果进行了回顾。通过梳理和分析相关领域的研究成果，以期为研究者提供清晰的研究脉络和前沿动态，促进学术交流与合作，共同推动高原极端降水领域的科学研究持续深入，为全球气候变化及极端天气气候事件研究和应对提供更加坚实和有力的科学支撑。

关键词青藏高原;夏季极端降水;全球变暖;海温异常;灾害风险;未来预估

2024-02-17收稿，2024-04-02接受

国家自然科学基金项目（42030611）;第二次青藏高原科学考察与研究（STEP）计划（2019QZKK0105）;江苏省研究生科研创新计划项目（KYCX23_1301）

引用格式：刘俏华，姚秀萍，马嘉理，等，2024.青藏高原夏季极端降水研究进展与展望［J］.大气科学学报，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）.

在全球气候变暖的大背景下，极端天气气候事件，如暴雨、洪涝、高温、干旱等，在近几十年内发生的频率和强度均呈现出不断增加的趋势（You et al.，2011;赵金鹏，2019;IPCC，2021）。相较于整体的气候变化，极端事件通常破坏力更强，不仅威胁到人类的生存和社会稳定，同时也对全球生态系统的平衡和生物多样性产生深远影响。鉴于极端事件对全球经济、社会发展和生态环境产生的巨大威胁，各国政府和国际组织正逐渐加大对其的研究和应对力度。加强国际合作，共同应对极端天气气候事件，对维护全球可持续发展至关重要。

青藏高原（以下简称高原）是全球气候与环境变化的启动区、敏感区、脆弱区（冯松等，1998;吴国雄等，2013）。自20世纪50年代以来，高原的温度变化幅度为0.16～0.67 ℃／（10 a），其变暖趋势明显高于北半球和同纬度其他地区（Kuang and Jiao 2016;Yao et al.，2019），与人类活动有关的温室气体排放加剧以及高原上空臭氧大幅度的减少是造成高原与其他地区温度变化趋势差异的可能原因（段安民等，2006;张人禾和周顺武，2008;张人禾等，2015）。自20世纪后半叶起，由全球变暖导致高原地区极端天气气候事件的发生概率和强度均呈现上升趋势，对高原周边区域天气气候产生重要影响（吴国雄等，2013;许建伟，2015）。

极端降水的增加是全球变暖影响下的一个典型表现。高原极端降水时空格局的变化不仅会改变高原本身的气候环境，还可能对当地及下游的水资源管理产生直接或潜在的影响。这一点尤为重要，因为高原不仅是亚洲乃至世界著名大江大河的源头（徐祥德等，2019），也是众多湖泊和湿地的聚集地（万玮等，2014），在全球水分循环中扮演着不可或缺的角色（Flohn and Reiter，1968;黄建平等，2021）。然而，近年来由于气候变暖，高原上的冰川融化速度加快，导致水资源供应不稳定，威胁着下游地区的农业、工业和居民生活。同时，极端降水的频率和强度不断增加，进一步加剧了当地洪水和泥石流等自然灾害的风险，造成了严重的水资源损失。因此，对高原极端降水进行深入研究具有深远的科学价值和实际意义。

本文回顾并整理了高原夏季极端降水的相关研究工作，重点关注以下几个方面：1）极端降水定义与指数;2）高原夏季极端降水的时空分布及演变特征;3）影响高原夏季极端降水的因素;4）高原夏季极端降水的灾害风险与未来预估。在此基础之上，对未来的研究方向进行了展望。

1 极端降水的定义与指数

1.1 极端降水定义

对于极端降水定义的传统方法有绝对阈值法，如一些研究中将每日降水量大于50 mm的降水事件定义为极端降水（Domrs and Peng，1988;Zhai et al.，2005;林云萍和赵春生，2009），但该方法适用于降水量空间变率较小的地区。在研究具有显著气候差异的区域时，通常采用相对阈值法来定义极端降水。定义方式通常有两种：百分位阈值法与拟合经验曲线函数法。目前百分位阈值方法被广泛用于定义极端降水阈值，常用的如第95百分位（翟盘茂和潘晓华，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;吴梦雯和罗亚丽，2019），降水量超过阈值时，该降水事件被认为是极端的。二是拟合经验曲线函数，如拟合广义极值分布（Li et al.，2013;Zheng et al.，2016）、e指数衰减曲线分布（Yu and Li，2012）等，此方法通常用来探讨10、50乃至100 a一遇的极端降水情况。与使用绝对阈值来定义极端事件的方法相比，该方法能够考虑到不同地区之间的降水差异，有效剔除地域和季节因素对阈值设定的影响。这意味着各地的极端降水阈值可根据实际降水情况来设定，从而能更精准地体现极端降水事件的区域性和季节性特性（高涛和谢立安，2014;吴燕娟，2016），有助于对极端降水的气候特征和变化趋势等开展更客观地分析。

1.2 极端降水指数

极端气候指数的定义主要考虑定量研究的可行性、不同地区的可比性和应用的实际意义等因素，对于深入理解气候变化具有重要价值（任国玉等，2010）。气候变化检测及指数专家组定义了反映不同极端特征的11个核心极端降水指数，主要用于评估降水事件的强度，频率和持续时间的变化等。所有的指数可以分为4类：1）相对阈值指数，反映某一时段内各极端降水值的分布，有R95p（强降水量）和R99p（极强降水量）;2）绝对阈值指数，降水量超过或低于一个固定的阈值的降水事件的发生频率，主要有R10（中雨日数）、R20（大雨日数）、R50（暴雨日数）;3）强度指数，代表季节或一年内的最大或最小值，主要有Rx1day（最大1日降水量）、Rx5day（最大5日降水量）、SDII（平均日降水强度）;4）持续时间指数，主要有CDD（持续干期）、CWD（持续湿期）、PT（年总降水量）。研究时可根据研究重点与目标选择使用（Alexander et al.，2006;You et al.，2008;翟盘茂和刘静，2012;Zhou et al.，2016;Kirchmeier-Young and Zhang，2020）。

2 高原夏季极端降水特征

2.1 时空分布特征

高原夏季降水是全年降水的主要来源（Wang et al.，2017），空间分布表现为“西北少而东南多”的特征（叶笃正和高由禧，1979），高原夏季的极端降水也表现出相似的分布型（图1a）（赵雪雁T83E5JXwIYDvwzJGtWfhLQ==等，2015;曹瑜等，2017，2019）。研究通常采用相对阈值法来分析高原极端降水情况，后续提及的研究结论主要基于该定义方法展开。研究结果显示，极端降水阈值同样呈现出从东南向西北递减的趋势，其中横断山区极端降水的阈值最高，柴达木盆地和昆仑山北部地区附近阈值最低（马伟东等，2020）。高原夏季极端降水的降水强度（R99I）（图1c）、强降水强度指数、多年一遇、50 a一遇和100 a一遇水平均呈现从东南向西北递减的空间分布特征，且降水量较大区域的多年一遇的降水值随概率的变化趋势更明显（曹瑜等，2017）。藏南河谷、横断山脉及若尔盖高原地区的极端降水日数（R99D）最频繁（图1b），高原北部和西南部极端降水贡献率（R99C）较高且聂拉木地区最高（图1d）（马伟东等，2020）。

从高原不同典型地形区域来看，柴达木盆地夏季极端降水量、极端降水频数和降水阈值的空间分布呈现东部大西部小的特征，极端降水量和频次相对较少，但其对夏季降水量的贡献却很大（图1）（马伟东等，2020;吕春艳，2021;郝爱华等，2023）;三江源地区的降水强度呈现从西北向东南递增的趋势，高原东部和南部的边缘区域是降水强度高值区，且极端强降水（R95P）和特强降水量（R99P）在三江源东部地区尤为显著（靳铮等，2020;姚秀萍等，2022）;高原东南部川藏铁路附近区域的极端降水量小、降水强度小、但降水发生频数高且更容易连续发生（Ma and Yao，2023）;雅鲁藏布江流域的极端降水指数，包括降水日数、总降水量、降水强度、连续5日的最大降水量以及极端降水量，均表现出自东部向西部逐渐递减的空间分布型（刘江涛等，2018）。

以上研究多基于日降水资料，从气候尺度对高原夏季极端降水的特征等进行了多角度分析。除此之外，Li et al.（2013）基于小时降水资料对中国中东部地区夏季极端降水事件的特征进行研究发现，高原东坡极端降水事件的平均持续时间超过12 h，且降水过程的演变具有不对称性，即降水迅速达到降水量峰值，而从峰值至结束则相对缓慢（吴梦雯和罗亚丽，2019）。Li（2018）对2007—2013年夏季高原地区小时极端降水事件进行了细致研究，发现与所有降水事件的平均持续时间相比，极端降水事件的持续时间要长得多，平均可达8.4 h。高原夏季降水事件持续时间与降水机制密切相关，长时间降水事件主要由层状降水主导（Yu et al.，2007）。从日内尺度来看，高原夏季极端降水最容易开始于下午晚些时候（当地时18时，当地时等于世界时加6 h），并于早晨（当地时07时）结束，且最容易在午夜（当地时23时）达到降水量峰值，夜间长时间极端降水的降水量所占比例更大，约占28.6％（Li，2018）。

2.2 时空演变特征

由于气候变暖导致的水循环加快与大范围的环流调整，高原极端降水总体呈增加趋势（You et al.，2008;曹瑜等，2017，2019;冀钦等，2018;冯晓莉等，2020;郝爱华等，2023），事件的持续时间变长，且极端降水量对总降水量的贡献不断上升（Ge et al.，2017;马伟东等，2020;栾澜，2022）（图2）。但由于降水资料不同、研究时段不同、区域划分标准不同等原因，得到的结论也存在一定差异。You et al.（2008）对1961—2005年高原极端降水的研究显示，高原南部和北部的大多数降水指数呈现出增加趋势，而高原中部则表现为减少趋势。赵雪雁等（2015）对1963—2012年间夏半年高原降水进行研究指出，高原强降水量和频次展现出微弱的增长趋势，并伴随着准12 a的年代际振荡，高原东部强降水量、频次和相对强度与夏半年降水量的相关性显著，其中强降水量和频次与降水量呈正相关关系，而相对强度则与之相反。曹瑜等（2019）在研究1961—2014年夏季高原中东部极端降水时发现，除了西藏东部呈现减少趋势外，高原中东部地区夏季极端降水在其他地区大多呈增加趋势，且极强降水量的年代际变化尤为显著。赵金鹏（2019）对1961—2016年高原地区的降水演变进行了研究，发现高原强降水量、极端强降水量、最大1 d降水量和最大5 d降水量在高原大部分区域均呈增多的趋势，强降水量和极端强降水量的增长幅度达到了总降水量增长幅度的一半以上，是导致高原降水量增加的主导因素，即高原降水量的增加主要来源于强降水和极端强降水的增加。Xiong et al.（2019）的研究指出，高原西南部、中部和北部地区的极端降水量呈增加趋势，而东南部地区呈减少趋势;杨志刚等（2014）研究则表明，在1961至2010年，西藏的西部、北部和东南部地区极端降水事件的发生频率有所下降，且西部和东南部趋势较显著，然而，沿着雅鲁藏布江一线、西藏南部和东北部的极端降水出现频率则呈增加的趋势。

高原的极端降水量和极端降水日数呈明显的增长趋势，但极端降水量的变化在空间分布上存在明显的不一致性（郝爱华等，2023）。从不同气候分区来看，1961—2019年雨季高原的干旱区与半干旱区在降水量、降水日数、极端降水量及极端降水日数方面总体呈现上升趋势，半湿润区的极端降水日数略有增加，极端降水量显著增加（栾澜和翟盘茂，2023）。杨昭明和张调风（2021）对1961—2017年雨季高原东北部降水量的变化进行研究也得出了较为一致的结果，即干旱区降水量呈增加趋势，半干旱区和半湿润区降水量的极端性增强。也有许多学者对高原不同典型地形区域的极端降水演变趋势展开了研究，发现柴达木盆地强降水量与发生频次呈增加趋势（赵雪雁等，2015;郝爱华等，2023），其东部极端降水的强度与频数快速增加，且降水波动明显加剧，发生极端降水事件的可能性大大增加（冀钦等，2018）。西藏地区的最大5 d降水量略减少，大雨日数和强降水量的变化趋势不明显，其中那曲西部是极端降水指数变化最为显著的区域（杜军等，2014）。在横断山区，最大5日降水量略有减少但变化不显著（Zhang et al.，2014）。三江源地区强降水日数呈增加趋势，极端降水存在6和20 a为周期的主要周期变化（Cao and Pan，2014），高原东南部川藏铁路沿线极端降水量显著增加，极端降水量的年际变化和季节内变化均受极端降水频数变化的主导（Ma and Yao，2023）;雅鲁藏布江流域极端降水指标普遍呈现出增长趋势，与流域内年平均降水量变化趋势一致（刘江涛等，2018），其中降水日数、降水总量、极端降水量、连续湿润日数均在95％置信度水平上显著上升（杨浩等，2019），最大5 d降水量、中雨天数、逐年平均降水强度和逐年连续降水天数也呈增加趋势（游庆龙等，2009）。

3 影响高原夏季极端降水的因素

深入探究影响高原极端降水时空分布及其演变的多元因素，对于全面理解全球气候变暖背景下高原极端降水的形成机制及其演变至关重要。这不仅关乎科学认知的深化，更是制定有效减灾策略和应对措施的紧迫需求。众多研究已广泛探讨了影响高原极端降水的多种因素，这些因素错综复杂。本文旨在从全球变暖、大尺度环流模式、天气系统以及动力热力机制等核心视角，对这些影响因素进行综合性总结和深入分析，以期能更全面地理解高原极端降水的形成和演变机制，从而为高原地区的环境保护、气候预测及灾害防治提供更为精确和科学的理论支撑。

3.1 全球变暖

众多研究表明，自然和人类活动将导致全球大部分地区气候变暖，这将增加大气的水汽容纳能力，从而导致极端降水增加（Kharin et al.，2013;Stocker et al.，2013）。IPCC第六次评估报告（AR6）指出，区域强降水的强度变化与全球变暖之间存在近乎线性的关系（张文青等，2023），随着未来全球气温变暖幅度的增加，强降水将进一步增强。强降水事件的发生频次随全球增暖幅度的增加而呈上升趋势，越极端的强降水事件，其出现的频率将以更高的百分比增长（高信度）（IPCC，2021;周波涛和钱进，2021）。在中国区域内，随着气温的升高，平均降水和极端降水均呈现一致增加的趋势，且极端降水对增暖的响应比平均降水更强，并且越强的极端降水敏感性越大（吴佳等，2015）。

国内外很多学者从热力学角度研究了极端降水与气温的关系，发现极端降水与气温的关系符合C-C（Clausius-Clapeyron）方程（以大约7％／℃的速率增加）。也就是说，极端降水的变化对温度很敏感，随着大气温度增加，极端降水强度的增加速率与C-C速率基本一致，即理论上极端降水强度随气温的变化速率也为7％／℃（Allen and Ingram，2002;Liu et al.，2009;Chen et al.，2011;Wang et al.，2017;Naveendrakumar et al.，2019）。但不同的研究发现，实际情况中极端降水变化与气温的关系较为复杂。在中纬度地区，极端降水对温度的敏感性可能高达14％／℃（Lenderink et al.，2011），而在印度和其他高温地区往往会出现负速率（Ali and Mishra，2017）。中国大陆日极端降水强度与日平均气温关系大多呈峰值型，且大多数站点的变化速率超过C-C速率（Gao et al.，2020），小时极端降水量随温度的变化率也大于C-C速率（Miao et al.，2016）。

全球变暖可能导致高原大气水汽供应呈增加趋势，这预示着高原水汽含量和降水的潜在增长（黄建平等，2021）。研究指出，高原东部极端降水强度以接近C-C的速率随近地表温度上升，且这种增加速率在高原地区显著超过中国中东部地区。这一现象可能与高原地区深对流降水为主导机制有关，深对流在短时间内释放大量潜热，进而增强了降水强度。然而，当温度超过15 ℃时，极端降水强度随温度上升而减弱，这表明降水强度与气候变暖之间的关系并非总是单调递增。在高温条件下，有限的大气湿度和可降水量可能是限制极端降水强度增长的关键因素。此外，有研究表明，温度和极端降水之间的关系可能随降水持续时间的变化而有所不同，并且随着极端降水百分位数的上升，这种关系可能呈现出增强的趋势（Shaw et al.，2011）。这些发现为我们理解全球变暖背景下高原极端降水的复杂变化提供了重要视角。

3.2 海洋振荡因子及海温异常

有研究指出，北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO）和厄尔尼诺-南方涛动（El Nio-Southern Oscillation，ENSO）对高原极端降水增多增强具有一定影响，这种影响主要体现在准3 a周期振荡和多年代际时间尺度上（Wang and Ma，2018;冯晓莉等，2020）。21世纪以来，伴随着AMO暖相位，高原降水总量、降水强度、中等强度以上降水天数以及极端降水值都显示出了偏多偏强偏大的特征（冯晓莉等，2020）。ENSO在高原极端降水变化中扮演着重要角色，当Nio3.4区域的海水温度偏低时，高原暖湿季节的降水总量、中雨以上的天数以及降水极值均表现出偏多偏大的趋势（冯晓莉等，2020）。印度洋地区东西海温的偶极振荡（IOD）与高原汛期降水有较好的相关关系，IOD与欧亚500 hPa的高度场异常有密切的关系，并通过印度西南季风的强弱，影响高原汛期降水的变化（刘青春等，2005）。高原地区盛夏降水与表征西印度洋异常海温的西极子指数（IOD_W）表现出良好的相关关系，IOD_W正异常年时高原降水偏多10％～30％，其中高原中部偏多最为显著，而负异常年与之相反（罗布等，2020）。夏季高原降水与赤道印度洋反Walker环流强弱、印度季风槽、副热带高压及西太平洋暖池区对流强度和位置变化有密切的关系（假拉和周顺武，2002）。前期11—12月是印度洋海温异常影响高原夏季降水的关键时期，当赤道印度洋关键区海温西暖东冷时，西藏、川西南部及高原东北部夏季降水偏多，反之亦然（张宁瑾，2018）。4月阿拉伯海海温距平偏高时，除高原南部边缘和西部阿里外，高原大部分地区夏季降水偏多（假拉和周顺武，2003）。即使在10月，印度洋水汽依旧可以通过极端天气事件影响到高原腹地（崔江鹏等，2014）。

3.3 大尺度环流与多尺度天气系统

大尺度环流系统的强度和位置的变化对高原降水的分布、强度及变化具有重要影响。西风带和季风的相互作用会影响高原气候，并通过环流调节高原地区降水的变化（曹瑜等，2021）。印度夏季风和东亚夏季风的加强有利于高原降水的增强（Zhu et al.，2015）。当偏南气流在高原地区增强，中纬度西风和热带地区东风带向极地移动加强时，有利于高原夏季极端降水事件的增加（曹瑜等，2021）。夏季北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，NAO）可通过调节大尺度大气环流与高原地形的相互作用对高原东部降水产生影响（刘焕才和段克勤，2012），也可通过改变西风带的强度和位置，间接调整高原地区上空的水汽输送、辐合与辐散模式（孔锋等，2017）。NAO强年份，高原北部输入的水汽增加，水汽辐合，有利于降水产生，而高原南部则输入的水汽减少，降水减少，NAO弱年份则相反（Liu and Yin，2001;刘焕才和段克勤，2012;Liu et al.，2015;谢欣汝，2019）。此外，NAO还可通过调节亚洲急流的经向位置，影响高原南部西边界的比湿和水分输送（Wang et al.，2017）。也有研究（Bothe et al.，2011;游庆龙等，2021）指出，高原极端降水变化与北大西洋的风暴轴活动存在联系，当风暴轴偏强（偏弱）时，瞬变波对基本气流的强迫效应会相应增强（减弱），导致中高纬度西风强度及输送均加强（减弱）。同时，北大西洋急流出口区的不稳定性增强导致欧洲西北部的高压异常，这种变化通过Rossby波的作用影响亚洲季风系统，最终调节了高原地区极端降水。曹瑜等（2021）对高原中东部夏季极端降水与大尺度环流的研究也得出了相似的结论。高原严重和极端潮湿的情况通常与纬向拉长的北大西洋风暴路径有关（Zhu et al.，2011）。中纬度Rossby波破碎是造成喜马拉雅山地区极端降水的关键因素（Vellore et al.，2016）。

影响高原极端降水的天气系统呈现出极为复杂的特性。这些系统主要包括南亚高压与西太平洋副热带高压（陶诗言和朱福康，1964;Krishnamurti et al.，1973）、高原上空特有的高原低涡（Li et al.，2011;Lin et al.，2022;Li and Zhang，2023）、高原切变线（Zhang et al.，2016;Yao et al.，2020，2021;Liu and Yao，2022）以及高原地区常见的中小尺度对流系统（Flohn and Reiter，1968）。Sun et al.（2021）对高原中东部的夏季极端降水的天气型进行了研究，发现其主要影响系统可分为高原槽型、高原切变线型和高原低涡型3种，其中高原切变线型是影响高原中东部极端降水的主要天气型。众多研究指出，南亚高压加强（Chen et al.，2023）、乌拉尔山阻塞高压的加强（冯蕾和魏凤英，2008），西风急流的减弱和北移（Gao et al.，2014;Sun et al.，2020;Ding et al.，2021），西北太平洋副热带高压的增强北移或西伸、东亚槽加强（Chen et al.，2023）以及孟加拉湾明显的气旋环流异常（Liu et al.，2016），都有利于高原降水的增强。同时，天气系统强度及位置的异常还可对高原降水落区产生影响。西北太平洋副热带高压的增强和北移以及孟加拉湾明显的气旋式环流异常有利于高原中东部夏季降水的发生（Liu et al.，2016）;西太平洋副热带高压南退和南亚高压东进，可使得高原中东部地区的夏季小时极端降水的落区偏南（Xu et al.，2023）;Ma and Yao（2023）等研究表明，当孟加拉湾和蒙古地区500 hPa存在反气旋性环流异常时，高原东南部低层偏南风和气旋性切变加强，有利于高原南部川藏铁路附近日极端降水量偏多。

3.4 动力热力因素

在动力机制方面，高原大地形通过其显著的机械阻挡作用对西风气流产生影响，引发绕流和爬流现象。这种作用进一步对西风带产生分流效果，形成两支气流并在高原东部汇合，形成强大的西风急流（叶笃正和顾震潮，1955）。夏季时，西风气流经过高原时以绕流为主，爬流则与高原附近的垂直运动具有很高的位置对应关系（李斐等，2012）。在局地尺度上，高原复杂地形可能通过调节相关的上升运动，在形成极端降水的不均匀分布中发挥关键作用（Ma et al.，2023）。同时高原对气流的机械强迫效应，又会不可避免地导致大气环流模式的重新调整，进而导致加热场的重新配置，而这种加热格局的调整反过来又会增强环流和气候变化的强度（姚秀萍等，2021）。

在热力机制方面，高原作为巨大的夏季热源，自20世纪50年代起便受到关注，其中叶笃正等（1957）的研究揭示了高原陆面热状况对北半球气候异常的显著影响。高原加热可使其上空大气柱每天增温3 ℃左右，引起空气上升以及周边大气向高原的汇聚，一方面有利于高原对流活动的发生，局地对流活动和增强有利于极端降水的发生。另一方面，高原加热可引导热带暖湿气流北上，从而触发了夏季风的爆发（Li and Yanai，1996;吴国雄和张永生，1998;姚秀萍等，2021），并对东亚夏季风的增强起到了关键作用。增强的季风带来的大量暖湿气流则为高原地区极端降水的形成提供了丰富的水汽条件。此外，夏季高原的热力影响可强迫低涡和切变线的产生，这些天气系统对高原极端降水的发生具有重要影响（吴国雄等，2013;Lin et al.，2022）。东亚区域的降水分布在很大程度上受到高原自身的热力抬升和降水潜热释放所引发的大气波动的调控（吴国雄等，2005）。此外，Trenberth（1999）进一步指出，潜热和感热通量不仅导致空气温度上升，同时也增加了空气的湿度，从而为区域性降水和极端降水事件的增加增强创造了有利条件。高原热源效应的日变化也是不可忽视的，其中山谷风现象是这种日变化的重要体现之一。

水汽也是极端降水形成过程中最重要的因素之一（孔锋等，2017;IPCC，2021），区域水循环加速是高原降水增加的原因之一（汤秋鸿等，2020）。大量的研究表明，高原夏季的水汽主要从热带印度洋和西太平洋进行长距离输送（Dong et al.，2017;Ma et al.，2018）。南亚季风和东亚季风带来的水汽对高原南部和东部影响较大，但对高原北部影响较小（Yao et al.，2013;Wang et al.，2017;Ma et al.，2018），高原北部的降水及其水汽来源主要受西风控制（Liu et al.，2014;Guan et al.，2019）。Wang et al.（2023）对高原北部极端降水的水汽来源进行了研究，发现来自阿拉伯海和南亚次大陆的水汽以及整个高原的局地蒸发是高原北部极端降水的主要水汽源，但不同来源的水汽贡献在高原不同区域存在差异。降水的位置、强度和持续时间主要由水汽的来源和输送路径决定，大尺度大气环流变动导致的水汽输送变化则是导致降水极值发生变化的关键因素（Trenberth et al.，2003;王任若愚，2022）。研究表明，水汽对高原极端降水的影响主要有两条途径：一条是西风带控制的水汽通道，另一条是印度季风控制的水汽通道。由于雅鲁藏布大峡谷为水汽输送提供了天然通道，高原东南部的极端降水从孟加拉湾吸收了大约75％的总水分，故高原东南地区极端降水的开始时间也早于高原其他地区（Ma et al.，2020）。水汽输送通道加强有利于高原南部和东部地区水汽增多并产生强辐合，有利于极端降水的产生（曹瑜等，2019）。高原的水汽收支与周边大陆和海洋的大尺度大气水汽输送密切相关，特别是与印太暖池的水汽输送密切相关。近几十年来，高原的水汽收支总体呈现明显的年代际和年际增加趋势，全球变暖和印度-太平洋暖池的地表潜热通量暖池指数增加显著有助于高原的水汽收支增加（Meng et al.，2020）。

总体来看，上升运动、水汽辐合、大气对流不稳定性等动力和热力因素与极端降水密切相关，这些条件的加强均有利于增强高原南部川藏铁路附近极端降水的增强（Ma and Yao，2023）。

4 高原夏季极端降水的灾害风险与未来预估

4.1 高原夏季极端降水的灾害风险

在全球气候变化的大背景下，高原极端降水的时空格局变化显著，这不仅对高原脆弱的高原生态环境带来了巨大挑战，还可能引发洪涝、泥石流等地质灾害、对水利水电等关键基础设施造成严重破坏。同时，这也将直接影响交通道路的畅通与安全，对社会经济发展和民众生活产生深远的影响。

高原东南部是滑坡、崩塌发育的重灾区（盛海洋和李红旗，2004）。致命性的山体滑坡主要集中在高原东坡一、二级地形的交界处（Lin and Wang，2018）。随着气候变暖加剧，极端降水频率与强度的增加进一步加剧了中国滑坡灾害的风险，且高原地区尤为显著（王霞等，2022）。邹新华等（2013）在县域尺度上对高原洪涝灾害进行了定量分析，发现极端降水变化在高原内部表现出较大的区域空间差异，导致部分区域洪涝灾害风险逐渐加剧。河湟谷地、西藏一江两河、甘南高原以及川西北高原山地等区域应作为洪涝灾害的重点防范区域。崔鹏等（2015）对高原山地灾害进行了综合风险评估，研究结果显示，高度风险区主要集中在高原西部和南部边缘地区（占比20.55％），且川西高原和藏东南尤为突出。其中，滑坡和泥石流的高危险区主要分布在藏东南、川西以及青海东部，特别是雅鲁藏布江中游、三江地区、横断山脉和湟水河流域（图3a）;而山洪灾害的高危险区则主要分布于高原东部的昆仑山东段、祁连山地区、甘南高原西部、西藏一江两河地区、南部边缘以及唐古拉山的部分地区（图3b）。

泥石流、滑坡、崩塌等地质灾害也对道路交通构成了巨大的威胁（崔鹏和林勇明，2008）。我国历史上几次最为严重的铁路运行事故均为强降水以及其引发次生地质灾害所导致（张子曰，2019）。高原地区的铁路与公路，特别是青藏铁路和川藏铁路这两条至关重要的交通线路，其建设与运营均受到极端降水事件的深刻影响。拉巴卓玛和普布贵吉（2007）对青藏铁路沿线的气象灾害特征进行研究发现，7、8月铁路沿线会遭遇短时强降水天气，虽然这种极端天气事件的气候概率相对较小，但它们发生时会对铁路路基和其他基础设施造成一定影响。张子曰（2019）对川藏铁路沿线的气象风险进行了分析，指出铁路建设过程中应特别关注降水量大的四川盆地、川西高原及林芝市;铁路运营阶段要关注川西高原地形快速爬升的区域，要注意防范局地地形降水造成的次生灾害的影响。

另外，随着高原地区城市化进程的加快，城市不透水面迅速扩张，对当地水文循环产生了显著影响（Pan et al.，2020;高卿等，2021）。受到气候变化和城市化的双重压力，高原城市地区未来可能面临更严重的洪涝灾害风险。以拉萨市为例，未来城市扩张将显著削弱其应对洪涝的能力。气候变化带来的降水模式改变，可能使拉萨市及其周边地区面临更加频繁的极端降雨事件，这无疑将加剧洪涝灾害的风险（戴开璇等，2022）。因此，拉萨市必须严格控制城市开发对水域和绿地的侵占，同时优化土地使用效率。面对全球气候变化和城市化进程的双重挑战，高原各城市都应积极探索可持续的城市发展道路，加强生态保护，优化土地利用，提升城市防洪排水能力，确保城市的持续安全与稳健发展。

综上，高原地区的基础设施建设与城市发展中要综合考虑地质、气候和环境等多种因素，采取多学科、多部门合作的方式，通过加强监测预警、优化城市规划、提升防洪排水能力等措施，确保高原地区的交通安全和城市可持续发展。

4.2 高原夏季极端降水的未来预估

为了应对全球变暖的挑战，世界各国于2015年签署了《巴黎协定》，该协定的长期目标是限制全球平均气温的上升幅度，相较于前工业化时期，控制在2.0 ℃以内，并致力于将升温幅度进一步限制在1.5 ℃以内。此后，全球平均升温1.5 ℃及全球平均升温2.0 ℃对降水的影响，成为国际社会广泛关注的重要科学议题（Li et al.，2018a，2018b;Li et al.，2018;Chen et al.，2020;Zhang et al.，2020）。

IPCC第六次评估报告（AR6）指出，随着全球进一步增暖，全球水循环将进一步增强（姜大膀和王娜，2021）。全球范围内的极端降水频率和总量将显著增加（Li et al.，2018a;Wang et al.，2018）。未来全球变暖趋势越显著，强降水的增强越剧烈，强降水事件的频次增长也越明显，且越极端的强降水事件，其发生频率的增长百分比越大（高信度）。比如，未来20 a一遇、100 a一遇的强降水，在全球气温上升1.5 ℃情景下出现的频率将分别增加10％与20％;在全球气温上升2 ℃情景下，其发生频率将分别增加22％与45％以上（IPCC，2021;周波涛和钱进，2021）。同样，中国地区极端降水的发生概率在2.0 ℃温升下比1.5 ℃温升下更高（Li et al.，2018b），其强度在1.5 ℃温升及2.0 ℃温升下将分别增加7％和11％（Li et al.，2018b）。

高原是全球气候变化最敏感地区之一，其增温率超过全球同期平均增温率（Wang et al.，2008;Yao et al.，2019;You et al.，2021）。不同模式对高原未来降水的预估总体呈现增加趋势（Wang et al.，2021;栾澜，2022;朱连华等，2023）。吴佳等（2015）基于CMIP5模式，定量分析了中国区域年平均降水、强降水量（R95P）、极端强降水量（R99P）对增暖的响应，发现极端降水对增暖的响应比平均降水更强，且高原地区和西南地区的R95P和R99P增加最显著。Zhou et al.（2019）基于CMIP5多模式集合结果指出，全球增暖1.5 ℃情景下高原地区降水强度和频率均显著增加，其中高原北部增加尤为显著（Jia et al.，2019）。从2016年开始，CMIP6试验数据陆续发布，其在物理过程、生物地球化学过程、参数化方案和分辨率等方面均较早期版本均有所改进（Eyring et al，2019;陈炜等，2021）。与CMIP5相比，CMIP6对中国地区极端降水的模拟能力总体有所提升（王予等，2021;李博渊和胡芩，2024），当前的CMIP6年代际预测模式在高原夏季降水的预测上已经具备近10 a的预测能力（Hu et al.，2021），这为我们更好地理解和应对高原气候变化提供了有力的工具。基于CMIP6模式对高原降水的未来预估表明，随着时间的推移和情景强度的增加，高原降水增幅更加明显（陈炜等，2021）。高原南部喜马拉雅山脉附近和高原东南部海拔较低地区降水增加幅度最大，增加范围明显扩大（李博渊和胡芩，2024）。也有一些研究基于CORDEX模式、CESM模式对于高原南部川藏铁路区域的极端降水进行了预估，发现高原南部川藏铁路区域的极端降水频次在变暖的情景下有所增多（Zhang et al.，2021），1.5和2.0 ℃温升背景下，川藏铁路区域年均夏季日极端降水量分别将增至当前气候的2.4倍和2.8倍，额外0.5 ℃温升可使该区域年均夏季日极端降水量增多20％（马嘉理，2023）。总体来看，模式预估的不确定性主要受排放情景差异的影响（Zhou et al.，2014;Wang et al.，2021;栾澜，2022）。在气候变暖背景下，高原地区极端降水趋于频繁，并且强度有所增加（许建伟，2015），气候暖湿化和降水极端化进一步加剧，寒旱区和生态脆弱区水资源分布将面临巨大的风险。

5 结论与展望

本文回顾和总结了高原夏季极端降水的定义与指数、时空分布及其演变特征、影响因素、未来预估等方面的研究进展，得到了以下结论：

1）目前研究中广泛采用百分位阈值法来对极端降水进行定义，相比绝对阈值法，采用百分位阈值法时，不同区域的阈值都依据其实际降水状况而定，能更准确地反映极端降水的区域性和季节性特征，有助于客观分析其气候特性和变化趋势。另外，研究中还常采用反映不同极端特征的极端降水指数以评估降水事件的强度、频率和持续时间的变化等，其对于深入理解气候变化具有重要价值。

2）高原极端降水的分布呈现由东南向西北递减的特征，降水强度和强降水强度指数都与之类似。极端降水事件最易开始于当地时下午18时，并于早晨07时结束，在午夜23时峰值的占比更高，夜间长时间降水的比例更大。近年来高原极端降水总体呈增加趋势，且在总降水量中所占比例亦逐渐增加。然而，由于使用的降水数据、研究时间跨度、以及区域划分标准等因素的不一致，不同研究得出的结论仍有所差异。

3）相对于平均降水，极端降水对自然因子和人文因子的响应更加敏感。影响高原极端降水的因素复杂多样，全球变暖、大尺度环流形势、不同尺度的天气系统均是影响高原极端降水的重要因素，上升运动、水汽输送与辐合、大气对流不稳定性等动力和热力因素的增强均有利于高原极端降水的增强。

4）高原是全球气候变化最敏感地区之一，在气候变暖背景下，高原地区极端降水趋于频繁且强度有所增加，高原地区气象灾害风险进一步加剧。不同模式对高原未来极端降水量的预估总体呈增加趋势，且高排放情景的变化趋势大于中等及低排放情景，高原极端降水量的增加具有显著的空间非均匀性。

高原极端降水研究领域充满了众多值得探索和挑战的问题，其中包含诸多亟待探索与应对的复杂问题，单项研究难以全面涵盖所有的相关议题。因此，本文将聚焦于三个关键视角，以展望未来对高原夏季极端降水的研究。

1）多源资料在高原极端降水研究中的使用至关重要。高原地区地形复杂，地面观测站点稀少且不均匀性等问题突出，给极端降水的精确监测和研究带来了巨大挑战。因此，研究中往往需要充分利用多源资料来弥补地面观测的不足，以更全面、深入地了解高原极端降水的特征与机理等。除了目前采用较多的高分辨率卫星资料以外，来自青藏高原综合科学考察、青藏高原大气科学试验等观测的数据也是研究极端降水不可或缺的重要资源。这些资料可为高原降水研究，特别是特定区域或过程的深入、细致分析提供重要支持。这些多源资料的综合运用，对于精确揭示高原极端降水现象具有不可替代的科学价值。

2）多尺度天气系统影响机理研究。已有研究中指出了影响高原极端降水的众多因素，尤其不同尺度的环流系统的影响，但不同层次、不同尺度的系统之间是怎么相互影响并最终共同影响极端降水的发生发展，这个问题目前还未深入展开，在后续关于高原降水尤其极端降水的相关研究中应当予以重视。

3）复合事件研究。复合事件是由多重灾害或驱动因素导致的天气和气候事件，是破坏和影响方面最致命和危险的极端事件。与单一极端事件相比，复合事件造成的影响更为严重，发生机理和变化规律也更为复杂。气候变化背景下许多复合极端事件频发、强发，极端事件间的组合形式也呈现出新特点，对科学研究和防灾应对提出了更高的要求和更严峻的挑战。因此未来对于高原极端天气的研究亦需关注高原复合事件，以提高对复合事件的科学认识和应对能力。

最终，必须指出的是，本文旨在对高原夏季极端降水的研究进展进行整理与综述。文献回顾主要关注了该领域的主要文献，但由于篇幅和范围的限制，难以实现全面性，因此遗漏之处在所难免，欢迎各位读者一起探讨交流。

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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

（责任编辑：刘菲）