编者按：看寒来暑往云卷云舒，思古往今来气候变迁，中科院之声与中国科学院大气物理研究所联合开设“大气悟理”，为大家介绍大气里发生的有趣故事，介绍一些与天气、气候和环境相关的知识。
导读：提到西北，你会想到什么？是雄伟壮阔的荒漠，还是生机勃勃的绿洲？是罗布泊的广袤与干涸，还是丝路的繁华与没落？是古格文明的戛然而止，还是汉唐帝国的辉煌盛世？你或许还会想到，地貌的更换，历史的变迁，都与气候变化息息相关。暖湿的气候往往会带来繁茂与兴旺，干冷的气候则每每对应荒芜与衰败。
大漠余晖（图片来自郑玉琼，摄于中国科学院大气所敦煌戈壁观测站）
湛蓝星空（图片来自郑玉琼，摄于中国科学院大气所敦煌戈壁观测站）
探空观测（图片来自郑玉琼，摄于中国科学院大气所敦煌戈壁观测站）
探空观测人员（图片来自陈光华，摄于中国科学院大气所敦煌戈壁观测站）
我国西北地区，包括新疆、甘肃、青海、宁夏和陕西等地，由于深居大陆内部，远离海洋，形成了干旱-半干旱的气候特点，年平均降水量在400mm以下。随着全球变暖的加剧，西北“暖湿化”趋势受到越来越多的关注和讨论（点这里查看相关科普文章：我国西北变“暖湿”了没？）。除长期变化趋势之外，降水多与寡的年际变换也从未停止。特定年份降水异常会造成不同程度的旱涝灾害，给当地人民生产、生活带来巨大影响。那么，降水的多与寡，大地的涝与旱，到底是谁说了算？
旱涝两重天（图片来自网络）
西北降水多、寡的成因
我们都知道，降水的形成要满足三个条件：充足的水汽、气块抬升并冷却凝结和一定的凝结核。可见，大气的干湿状态和运动形式决定着晴、雨的发生。而大气是个开放、复杂和充满变化的系统，充分认识和把握其运动规律一直是大气科学研究的难点和重点。
降水三大件：水汽、凝结核、上升气流（图片来自网络）
左图：水汽上升成云，通常会带来降水；右图：下沉气流常常带来好天气（图片来自网络）
而西北地区的气候之所以干旱少雨，一是水汽少，二是多下沉。水汽少不难理解，由于深居大陆内部，地表多戈壁沙漠，水汽来源少之又少。多下沉则是由大气中的槽脊配置造成。大气虽然看不见摸不着，但实际上它像连绵的群山一样，也有高低起伏。大气中的槽和脊，类似于群山中的山谷和山脊。脊，为凸起，槽，乃凹陷，都是大气质量和压强变化的表征。像绘制山谷、山脊线那样，通过探空资料等的分析和绘制，我们可以找出槽脊波动在大气中的痕迹。科学家们发现，西北周边大气槽脊的基本配置表现为新疆脊和东亚槽的波动曲线，而根据天气学的相关原理，脊前、槽后盛行下沉气流，不利于降水形成。此二因子，便造成西北干旱少雨的基本气候特征。
山脊和山谷（图片来自网络）
大气中槽脊：新疆脊与东亚槽（图片来源：作者修改自网络）
但是，和山脊与山谷的稳定形态所不同的是，受多种因素的影响，大气中的槽、脊是不断变化的。科学家们发现，新疆脊和东亚槽剧烈增强、加深时，下沉气流增强，会造成西北地区极端干旱。相反地，当新疆脊和东亚槽被削弱时，形成降水的窗口就来到了。此时异常的上升气流开始形成，如果大气中的水汽充足，便会有利于降水的产生。
降水少雨年异常环流与2012年春贵州严重干旱（图片来自网络）
降水多雨年异常环流与2012年冬新疆伊犁暴雪（图片来自网络）
“巧妇难为无米之炊”，西北干旱的荒漠地表，很难为降水提供足够的水汽。原地获取水汽显然有些困难，远处水汽的补给才是正道。那么，多雨年的水汽，又来自何方？
海洋在降水多、寡变换中扮演的重要角色
作为地球水库，占全球面积70%以上的海洋可以为区域降水提供丰富的水汽。除此之外，海洋通过能量交换等过程可以影响大气的对流活动，并通过一系列复杂过程影响遥远地区的大气环流场。
中科院大气所周连童研究员团队近期在Journal of Climate杂志上发表的研究结果表明，我国西北地区冬季降水的多寡与北大西洋和东太平洋两个大洋的气候系统密切相关，二者可通过把控水汽输送和槽脊异常影响降水。
水汽输送——当北大西洋冷海温（MNA）和东太平洋ENSO暖事件（关于ENSO的解读，详见：影响全球天气的“小男孩”）同时出现时，来自大西洋强盛的西风和来自太平洋的东南风会把暖湿的空气吹到西北，两股暖湿气流交汇后被局地上升运动裹挟着抬升、冷却、直至凝结形成降水，造成西北降水增多。
（图片来源：作者修改自网络）
槽脊异常——海洋巨大能量的积压与释放，能够驱动大气环流场的变化。科学家们分析发现，北大西洋海温异常会在欧亚大陆上空激发大气遥相关型波列，ENSO通过海气相互作用能影响西北太平洋上空的大气环流，它们都能影响前面我们提到的新疆脊和东亚槽的形态和强度。而两个大洋不同冷暖形态的组合，又会造成槽脊的不同变化。这就好像一个跳大绳的游戏，绳子的高低起伏、变幻速度以及外貌形态，取决于摇绳子的人给出多大的力和摇绳子的方向。
“跳大绳”（图片来自网络）
写在最后
降水的多、寡会给人民生活和经济发展带来影响和损失，提前做好降水异常的预测非常重要。北大西洋和东太平洋的海温状态，能较好地回报出西北降水的变化。但是，西北地区气候变化极其复杂，欧亚陆面过程、北极海冰异常等因素都可能影响西北降水的变化。
论文的通讯作者周连童研究员总结说，“我们的研究只是在西北降水变化规律的认识上向前又迈进了一小步，要全面地认识和预测西北地区未来降水的变化还任重道远。”
参考文献：
1. Yin, X. X., and L.-T. Zhou, 2020: Strengthened relationships of Northwest China wintertime precipitation with ENSO and mid-latitude North Atlantic SST since the mid-1990s. Journal of Climate, 33, 3967-3988.
https://doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0454.1
2. 王典 , 周德刚 , 黄荣辉 , 范广洲. 基于敦煌戈壁站观测对几套再分析产品夏季地表感热通量的评估. 气候与环境研究 , 2017, 22(5): 601-612.
DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2017.16212
3. 罗哲贤，《中国西北干旱气候动力学引论》，气象出版社, 2005
来源：中国科学院大气物理研究所
编者按：看寒来暑往云卷云舒，思古往今来气候变迁，中科院之声与中国科学院大气物理研究所联合开设“大气悟理”，为大家介绍大气里发生的有趣故事，介绍一些与天气、气候和环境相关的知识。
导读：提到西北，你会想到什么？是雄伟壮阔的荒漠，还是生机勃勃的绿洲？是罗布泊的广袤与干涸，还是丝路的繁华与没落？是古格文明的戛然而止，还是汉唐帝国的辉煌盛世？你或许还会想到，地貌的更换，历史的变迁，都与气候变化息息相关。暖湿的气候往往会带来繁茂与兴旺，干冷的气候则每每对应荒芜与衰败。
大漠余晖（图片来自郑玉琼，摄于中国科学院大气所敦煌戈壁观测站）
湛蓝星空（图片来自郑玉琼，摄于中国科学院大气所敦煌戈壁观测站）
探空观测（图片来自郑玉琼，摄于中国科学院大气所敦煌戈壁观测站）
探空观测人员（图片来自陈光华，摄于中国科学院大气所敦煌戈壁观测站）
我国西北地区，包括新疆、甘肃、青海、宁夏和陕西等地，由于深居大陆内部，远离海洋，形成了干旱-半干旱的气候特点，年平均降水量在400mm以下。随着全球变暖的加剧，西北“暖湿化”趋势受到越来越多的关注和讨论（点这里查看相关科普文章：我国西北变“暖湿”了没？）。除长期变化趋势之外，降水多与寡的年际变换也从未停止。特定年份降水异常会造成不同程度的旱涝灾害，给当地人民生产、生活带来巨大影响。那么，降水的多与寡，大地的涝与旱，到底是谁说了算？
旱涝两重天（图片来自网络）
西北降水多、寡的成因
我们都知道，降水的形成要满足三个条件：充足的水汽、气块抬升并冷却凝结和一定的凝结核。可见，大气的干湿状态和运动形式决定着晴、雨的发生。而大气是个开放、复杂和充满变化的系统，充分认识和把握其运动规律一直是大气科学研究的难点和重点。
降水三大件：水汽、凝结核、上升气流（图片来自网络）
左图：水汽上升成云，通常会带来降水；右图：下沉气流常常带来好天气（图片来自网络）
而西北地区的气候之所以干旱少雨，一是水汽少，二是多下沉。水汽少不难理解，由于深居大陆内部，地表多戈壁沙漠，水汽来源少之又少。多下沉则是由大气中的槽脊配置造成。大气虽然看不见摸不着，但实际上它像连绵的群山一样，也有高低起伏。大气中的槽和脊，类似于群山中的山谷和山脊。脊，为凸起，槽，乃凹陷，都是大气质量和压强变化的表征。像绘制山谷、山脊线那样，通过探空资料等的分析和绘制，我们可以找出槽脊波动在大气中的痕迹。科学家们发现，西北周边大气槽脊的基本配置表现为新疆脊和东亚槽的波动曲线，而根据天气学的相关原理，脊前、槽后盛行下沉气流，不利于降水形成。此二因子，便造成西北干旱少雨的基本气候特征。
山脊和山谷（图片来自网络）
大气中槽脊：新疆脊与东亚槽（图片来源：作者修改自网络）
但是，和山脊与山谷的稳定形态所不同的是，受多种因素的影响，大气中的槽、脊是不断变化的。科学家们发现，新疆脊和东亚槽剧烈增强、加深时，下沉气流增强，会造成西北地区极端干旱。相反地，当新疆脊和东亚槽被削弱时，形成降水的窗口就来到了。此时异常的上升气流开始形成，如果大气中的水汽充足，便会有利于降水的产生。
降水少雨年异常环流与2012年春贵州严重干旱（图片来自网络）
降水多雨年异常环流与2012年冬新疆伊犁暴雪（图片来自网络）
“巧妇难为无米之炊”，西北干旱的荒漠地表，很难为降水提供足够的水汽。原地获取水汽显然有些困难，远处水汽的补给才是正道。那么，多雨年的水汽，又来自何方？
海洋在降水多、寡变换中扮演的重要角色
作为地球水库，占全球面积70%以上的海洋可以为区域降水提供丰富的水汽。除此之外，海洋通过能量交换等过程可以影响大气的对流活动，并通过一系列复杂过程影响遥远地区的大气环流场。
中科院大气所周连童研究员团队近期在Journal of Climate杂志上发表的研究结果表明，我国西北地区冬季降水的多寡与北大西洋和东太平洋两个大洋的气候系统密切相关，二者可通过把控水汽输送和槽脊异常影响降水。
水汽输送——当北大西洋冷海温（MNA）和东太平洋ENSO暖事件（关于ENSO的解读，详见：影响全球天气的“小男孩”）同时出现时，来自大西洋强盛的西风和来自太平洋的东南风会把暖湿的空气吹到西北，两股暖湿气流交汇后被局地上升运动裹挟着抬升、冷却、直至凝结形成降水，造成西北降水增多。
（图片来源：作者修改自网络）
槽脊异常——海洋巨大能量的积压与释放，能够驱动大气环流场的变化。科学家们分析发现，北大西洋海温异常会在欧亚大陆上空激发大气遥相关型波列，ENSO通过海气相互作用能影响西北太平洋上空的大气环流，它们都能影响前面我们提到的新疆脊和东亚槽的形态和强度。而两个大洋不同冷暖形态的组合，又会造成槽脊的不同变化。这就好像一个跳大绳的游戏，绳子的高低起伏、变幻速度以及外貌形态，取决于摇绳子的人给出多大的力和摇绳子的方向。
“跳大绳”（图片来自网络）
写在最后
降水的多、寡会给人民生活和经济发展带来影响和损失，提前做好降水异常的预测非常重要。北大西洋和东太平洋的海温状态，能较好地回报出西北降水的变化。但是，西北地区气候变化极其复杂，欧亚陆面过程、北极海冰异常等因素都可能影响西北降水的变化。
论文的通讯作者周连童研究员总结说，“我们的研究只是在西北降水变化规律的认识上向前又迈进了一小步，要全面地认识和预测西北地区未来降水的变化还任重道远。”
参考文献：
1. Yin, X. X., and L.-T. Zhou, 2020: Strengthened relationships of Northwest China wintertime precipitation with ENSO and mid-latitude North Atlantic SST since the mid-1990s. Journal of Climate, 33, 3967-3988.
https://doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0454.1
2. 王典 , 周德刚 , 黄荣辉 , 范广洲. 基于敦煌戈壁站观测对几套再分析产品夏季地表感热通量的评估. 气候与环境研究 , 2017, 22(5): 601-612.
DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2017.16212
3. 罗哲贤，《中国西北干旱气候动力学引论》，气象出版社, 2005
来源：中国科学院大气物理研究所
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