近年来，全球范围内极端天气事件频繁发生，给社会和经济带来了巨大冲击。例如，2003年欧洲夏季热浪是最具代表性的极端事件之一。作为全球气候的关键调控区域之一，青藏高原因其地理位置和独特的气候特征，被称为“第三极”。尽管已有研究揭示了青藏高原对全球天气和气候的重要作用，但其在季节至年际预测中的潜力尚未被充分挖掘。
针对上述问题，由清华大学地学系和美国西北太平洋国家实验室组成的合作研究团队利用新开发的弱耦合陆面数据同化系统，将青藏高原陆表状态数据融入耦合气候模式，显著提高了对2003年欧洲夏季热浪的年际预测能力，揭示了青藏高原对2003年欧洲夏季热浪年际可预测性的重要影响。成果以“Uncovering the interannual predictability of the 2003 European summer heatwave linked to the Tibetan Plateau”为题，近期在NPJ Climate & Atmospheric Science（《气候与大气科学》）期刊发表。
图1 2003 年欧洲夏季热浪的大气和陆面异常状态。图a表示近地面气温和500 hPa 位势高度，图b表示土壤湿度和感热通量，图c表示地表净辐射通量。OBS表示观测，CTRL表示未同化试验，HCAST表示青藏高原同化的后报试验。
研究结果表明，该同化系统能够再现2003年欧洲大范围的异常高温和高压系统（图1），可揭示青藏高原的陆面状态如何通过大气遥相关机制影响遥远地区的极端气候事件。进一步分析表明，2003年春季青藏高原的积雪覆盖减少，导致地表加热增强，形成了特定的罗斯贝波列。这些波列横跨欧亚大陆传播，最终在欧洲上空引发了强烈的高压系统，导致云层减少，地表辐射增强，从而促进了极端高温事件的形成（图2）。
不仅如此，青藏高原的陆面变化还对全球海洋状态产生重要影响。研究发现，青藏高原的陆面状态通过影响大气环流，显著改变了大西洋和太平洋的海表温度。通过同化青藏高原的观测数据，气候模式能够更准确地模拟这些海洋区域的温度变化，进一步增强了对极端事件的预测能力（图3）。
图2 青藏高原2003年春季积雪异常与欧洲夏季气温之间的联系。展示了青藏高原同化的后报试验与未同化试验之间的差异：图a表示2003 年春季积雪覆盖率，图b表示2003年夏季近地面气温和500 hPa 位势高度，图c表示低云量覆盖率，图d表示地表净辐射通量。
图3 2001年1月海表温度异常的模拟改进。图a表示观测数据，图b表示未同化试验的海温状态，图c表示青藏高原同化的后报试验的海温状态，图d表示未同化试验与观测之间的海温差异，图d表示后报试验与未同化试验之间的海温差异。图b和c的右上角显示了全球海洋观测与模拟的海温异常之间的空间相关系数。
研究为全球气候建模和极端天气事件的早期预测提供了全新视角，同时也推动了青藏高原作为全球气候系统重要组成部分的深入研究。研究团队期望未来可以借助青藏高原的气候特性，进一步提升全球极端天气事件的可预测性，为减缓和适应气候变化提供新的科学依据。
清华大学地学系博士毕业生、现美国西北太平洋国家实验室博士后史鹏飞为论文第一作者，清华大学地学系卢麾教授、中国科学院大气物理研究所王斌研究员和美国西北太平洋国家实验室Leung L. Ruby院士为论文共同通讯作者，清华大学地学系阳坤教授和南京信息工程大学的陈海山教授为论文合作者。该研究得到了第二次青藏科考项目（2019QZKK0206）和国家自然科学基金（42230606）的支持。
全文链接：
https://doi.org/10.1038/s41612-024-00782-3
点击阅读原文或扫描下方二维码即可获取全文
供稿：史鹏飞 卢麾
编辑：王佳音
审核：张强
