摘要
在全球变暖背景下，北半球夏季极端事件频发，人类健康和社会经济受到了严重影响。2022年中国长江流域发生了自中华人民共和国成立以来最严重的高温干旱事件；同时，西欧等大部分地区遭受了热浪侵袭。基于ERA5、NCEP/NCAR再分析资料和CPC降水资料，利用波源、波作用通量分析等方法，研究了2022年7月欧洲和中国长江流域极端高温事件的同时发生与青藏高原极端增暖可能存在的联系。结果表明：7月14—25日西欧发生了热浪，同时中国长江流域也发生了极端高温干旱事件；7月青藏高原异常增暖导致中纬度西风急流的南支加强且位置偏北；14—25日上游有来自墨西哥湾流以北的波活动通量异常东传，并叠加了中纬度西风急流的南支，它们有利于中高纬度环流槽脊维持并加强，进而促进了欧洲和中国东部两个极端高温事件的同时发生。
Abstract
Global warming and associated climate change have intensified the frequency and severity of extreme summer events across the Northern Hemisphere, posing significant risks to human health and socioeconomic systems. Increasingly, these events exhibit strong spatial connectivity, manifested as the concurrent concurrence of heatwaves, droughts, floods, and wildfires in distant regions. Understanding the interactions and forcing mechanisms behind such compound events is critical for improving prediction skill and informing climate risk management. This study investigates whether the simultaneous extreme heat events in western Europe and the Yangtze River basin in July 2022 were linked to the unprecedented warming over the Qinghai-Xizang Plateau during that summer. Using observational datasets, NCEP/NCAR analysis, and CPC precipitation data, we analyze the evolution of heatwave characteristics and associated circulation anomalies, with emphasis on the physical processes through which anomalous plateau warming modulated Rossby wave propagation. Results show that from 2 to 13 July 2022, the Qinghai-Xizang Plateau experienced extreme warming. Subsequently, from 14 to 25 July, the Yangtze River basin suffered its most severe heatwave-drought event since the founding of the People's Republic of China, while western Europe was simultaneously impacted by intense heatwaves. The analysis reveals that plateau warming induced a northward shift and strengthening of the southern branch of the midlatitude westerly jet. Superimposed upstream wave activity flux reinforced mid-high-latitude circulation anomalies, including an intensified and eastward-extending European ridge, a strengthened South Asian high, and an anomalous western Pacific subtropical high over eastern China. These anomalies jointly established an atmospheric teleconnection linking the two heat extremes. The findings highlight that extreme Qinghai-Xizang Plateau warming initiated a Rossby wave train that generated anticyclonic circulation anomalies over both Europe and the Yangtze River basin, leading to their concurrent extreme heat events. Future studies could develop an index of plateau warming to test its statistical relationship with historical concurrent heat events across Eurasia. Moreover, the Yangtze River basin event in 2022 likely reflected the combined influence of multiple external forces, whose synergistic effects were not addressed here but warrant further investigation.
全球变暖及与其相关的气候变化是当下研究的热点问题。联合国政府间气候变化专门委员会发布的第六次气候变化评估报告（IPCC6）指出，全球变暖趋势愈加显著，罕见的极端天气气候事件的频率和强度逐年升高，对人类生活和社会经济产生严重影响（IPCC，2021）。近年来，研究表明全球气候变暖能够对大气平均状态和变率产生影响（Mahony et al.，2018；丁一汇等，2023），使得气候特征发生一定变化，全球范围内极端气候事件频发（丁一汇和王会军，2016）。例如，2022年夏季全球多地创下高温纪录。中国中东部地区出现了异常偏多的极端高温干旱事件，其中长江流域被认为是受此次极端高温事件影响最严重的地区之一（孙博等，2023）。2022年夏季长江流域极端高温诱发了超强链式灾害（Yin Z C et al.，2023），给社会经济和人体健康带来了严重影响。同时，欧洲西南部经历了900年来最高的夏季平均气温（Büntgen et al.，2024）。据葡萄牙卫生局称，2022年夏季西欧热浪期间，葡萄牙7月气温最高达47℃以上。欧洲与高温相关的死亡人数超过6万（Tejedor et al.，2024），意大利和西班牙最为严重，造成了严重的生命和财产损失。
极端天气气候事件频发，其过程往往源自多个因素的相互作用。大量研究指出，中国长江流域高温干旱与大气环流内部变率（Hua et al.，2023；孙博等，2023；Wang D Q et al.，2024）、北大西洋海温异常（孙建奇，2014；王文等，2017；Deng et al.，2019）、热带太平洋和印度洋海温异常（Chen and Zhou，2018；唐樱歌等，2024）等关键要素有关。与长江流域高温事件相关的一个重要环流系统是东亚反气旋环流（高压）异常。反气旋环流有利于长江流域上空出现下沉气流（尹泽疆等，2023），到达地面的太阳辐射增强，从而引起长江流域发生极端高温（Wang Z Q et al.，2023；Yin Z J et al.，2023）。高温使得蒸散发加大，加剧了干旱的强度（袁星等，2020）。类似地，欧洲热浪与对流层大气阻塞和大西洋海温密切相关（Barriopedro et al.，2011；王倩云等，2016）。有学者指出，2022年欧洲西南部热浪与高压异常形成的稳定热穹顶有直接关系（Kim et al.，2024）。具体来说，北大西洋涛动的正位相偶极子衰减有利于欧洲上空阻塞的产生，进而影响中纬度西风急流与高压系统，最终导致欧洲夏季发生高温（Duchez et al.，2016；Sánchez-Benítez et al.，2018；Rousi et al.，2022）。
青藏高原被誉为地球“第三极”，正经历显著升温并受到越来越多的关注（Kang et al.，2010；Rignot et al.，2019；王会军等，2020）。青藏高原的变暖速度（0.34℃/（10 a））是全球平均值（0.19℃/（10 a））的近两倍（Kang et al.，2010；Yan et al.，2020；李菲等，2021）。一个加速变暖的高原在重塑区域气候中起着关键的作用（Yao et al.，2012；Guo et al.，2018）。2022年青藏高原的暖异常达到了1979年以来的破纪录值，同时南亚高压增强，青藏高原到中国东部中低层表现出显著的辐散异常（谭桂容和张祎，2023）。Zhang et al.（2024）指出，青藏高原变暖与北极变暖协同导致西风急流向极地运动，从而加剧了中高纬地区的极端高温和极端降水事件。
近年来，在全球尺度上，极端气候事件的空间关联性加强，即全球跨区域极端高温、干旱、强降雨、森林大火等极端天气气候事件和灾害呈现并发的趋势（Kornhuber et al.，2020；Rogers et al.，2022；Zhou et al.，2023）。以往的研究主要关注行星波、大气遥相关对并发事件的影响。例如，亚洲西风急流是北半球夏季的一个波导（Ambrizzi et al.，1995），波列沿高空急流东传，进而影响东亚地区的天气气候（李惠心等，2021）。而对青藏高原在其中的作用的研究相对较少。本文拟解决的主要科学问题是：2022年青藏高原表现出极端暖异常，同年7月西欧与中国长江流域极端高温事件的同时发生是否与青藏高原的持续增暖有关？针对该问题，本文拟通过分析两地极端高温事件及其大气环流配置，着重对青藏高原异常增暖影响罗斯贝波传播的物理过程进行分析。
1 资料和方法
使用美国NCEP/NCAR（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research）提供的逐日大气再分析资料，包括2 m气温、位势高度Z、纬向风场u、经向风场v、垂直速度ω、比湿q等大气环流资料（Kalnay et al.，1996），水平分辨率为2.5°×2.5°，垂直方向上分为17层。日降水数据来源于NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）气候预测中心（Climate Prediction Center，CPC），水平分辨率为0.5°×0.5°（Xie et al.，2007）。另外，在计算极端高温阈值时，本文采用了欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）提供的全球气候第五代大气再分析数据ERA5的2 m气温资料（Hersbach et al.，2020），水平分辨率为0.25°×0.25°。文中所有变量的异常场都是减去了日气候态（1991—2020年的平均值），主要研究时段为7月2—13日和14—25日。
本文将极端高温日定义为当日2 m气温异常值高于该阈值的日期，使用了Zhang et al.（2005）和Lü et al.（2020）的方法，即：计算各格点37 a（1984—2020年）以目标日为中心连续5 d的气温距平，将按升序排列的第95%分位值作为该格点极端高温的阈值，高于该阈值且持续5 d及以上者定义为一次极端高温事件。
波活动通量（wave activity flux，WAF）被用来诊断波的传播路径以及波流相互作用（Takaya and Nakamura，2001）。为探究波活动过程，本文计算了二维T-N波活动通量，其公式为：
(1)
其中：W为波活动通量；ψ′为准地转扰动流函数；u代表东西向风分量，v代表南北向风分量；a、p、λ、φ分别代表地区半径、气压、经度、纬度。
为诊断Rossby波的触发，本文计算了波源项（Sardeshmukh and Hoskins，1988），其公式为：
(2)
其中：S是大气长波产生的源地；是辐散风速；f是地转参数；ζ是相对涡度。
2 2022年7月高温干旱特征及极端性
2022年7月2—13日，青藏高原大范围区域呈极端增暖现象（图1a）；7月14—25日，青藏高原西部增暖持续，同时西欧和中国长江流域出现极端高温事件（图1b）。这表明，2022年7月下半月西欧极端高温和同期中国长江流域极端高温事件可能存在联系；它们在青藏高原极端偏暖出现之后发生，可能与前期青藏高原异常增暖有关。
图2a给出了7月14—25日12 d平均2 m温度距平和850 hPa水平风场距平的空间分布。由图2a可见，西欧、中国长江流域为温度正异常，这同图1b结果一致；7月14—25日，850 hPa欧洲区域有反气旋式环流异常，反气旋环流中心位于地中海北部（10°E，45°N），同样在中国长江流域上空出现反气旋式环流异常，对流活动受到抑制。这表明14—25日西欧、中国长江流域极端高温事件在很大程度上受到其上空反气旋环流异常的影响。
在气候变暖的影响下，极端干旱与高温共同发生的概率显著增加（袁星等，2020）。那么，2022年7月14—25日中国长江流域（图2a黑色框内）的降水量距平及水汽输送特征是什么呢？结果显示，中国长江流域大范围降水偏少（图2b）。由图2c可见，长江上游以及除洞庭湖上空外，长江中下游整层水汽通量散度为正值，即该区域上空整层水汽辐散，呈现水汽净含量减少状态。这表明长江流域来自孟加拉湾和南海的暖湿气流减少，较好地对应了2022年7月14—25日长江流域高温干旱事件。
3 大气环流与波活动异常特征
图3a、b分别给出了2022年7月2—13日和14—25日大气环流特征。7月2—13日，青藏高原异常增暖，使得青藏高原北侧（45°N）经向温度梯度增强。由热成风原理可知，温度梯度大值区对应200 hPa西风风速大值中心（60°~120°E，42°~50°N）。中纬度西风急流的南支加强且位置偏北，高原上空和长江流域为东风异常。与7月2—13日相比，14—25日温度梯度大值区与对应的西风风速大值中心位置偏西，这与同期青藏高原西部增暖（图1b）有关。
图4a、b分别给出了2022年7月2—13日和14—25日罗斯贝波源和波活动通量异常特征。当波源为正值时，表明此处有异常环流的强迫源。7月2—13日，300 hPa位于墨西哥湾流以北有一波源正异常大值区。此时，异常的波活动通量从北大西洋沿着中纬度西风急流的北支向东传播至俄罗斯东部地区。从位势高度距平等值线可以看到，在北半球高纬度地区，位势高度正负中心沿西风急流北支交替分布。14—25日来自墨西哥湾流以北的波活动通量异常偏强，分别沿着中纬度西风急流的北支和南支向东传播。同波活动相对应，北半球中纬度呈现出更加明显的槽脊分布。沿中纬度西风急流的南支，由西往东，位势高度距平场呈“正负正负”的空间分布特征；高压异常中心分别位于西欧、西西伯利亚平原和青藏高原西部，低压异常位于东欧和贝加尔湖附近。
图12022年7月2—13日（a）和14—25日（b）极端高温事件的空间分布（圆点表示12 d平均温度距平高于第95个百分位阈值的最暖区域；红色、蓝色、紫色和黑色分别表示西欧、青藏高原、长江流域和除关键研究区域外发生的极端高温事件）
Fig.1Spatial distribution of extreme heatwave events during (a) 2—13 July and (b) 14—25 July 2022. Dots indicate the warmest regions where the12-day mean temperature anomaly exceeded the95th-percentile threshold. Red, blue, purple, and black dots denote extreme heat events over western Europe, the Qinghai-Xizang Plateau, the Yangtze River valley, and other regions outside the key study area, respectively
图2（a）2022年7月14—25日平均2 m气温距平（填色，单位：℃）和850 hPa风速距平（箭矢，单位：m·s-1）（只画出了u、v绝对值大于1 m·s-1的风速距平）；（b）图2a中黑色方框区域平均降水量距平（填色，单位：mm·d-1）；（c）垂直积分（地表至300 hPa）的水汽输送距平（箭矢，单位：kg·m-1·s-1）及水汽通量散度距平场（填色，单位：10-5 kg·m-2·s-1）（黑色轮廓区域代表青藏高原）
Fig.2(a) Spatial distribution of average 2 m air temperature anomalies (shaded, units:℃) , and 850 hPa horizontal wind anomalies (arrows, units: m·s-1) during14—25 July 2022 (arrows plotted for magnitudes ＞ 1 m·s-1) . (b) Precipitation anomalies (shaded, units: mm·d-1) over the boxed region in panel (a) . (c) Column-integrated (surface to 300 hPa) water vapor flux anomalies (arrows, units: kg·m-1·s-1) and their divergence anomalies (shaded, units: 10-5 kg·m-2·s-1) . The black outline indicates the Qinghai-Xizang Plateau
图32022年7月2—13日（a）和14—25日（b）1 000~200 hPa平均的经向温度梯度距平（填色，单位：10-1 K·m-1）和200 hPa纬向风异常（等值线，单位：m·s-1）（棕色粗实线代表对应时段气候态急流轴，黑色轮廓区域代表青藏高原）
Fig.3Spatial distribution of 1000—200 hPa average meridional temperature gradient anomalies (shaded, units: 10-1 K·m-1) and 200 hPa zonal winds anomalies (contours, units: m·s-1) during (a) 2—13 July and (b) 14—25 July 2022. The solid brown line denotes the climatological jet stream axis. The black outline indicates the Qinghai-Xizang Plateau
总体而言，2022年7月在青藏高原异常增暖的背景下，中纬度西风急流的南支加强且位置偏北（图3）。与2—13日相比，14—25日上游有源自墨西哥湾流以北的波活动通量异常东传，并叠加了中纬度西风急流的南支，中高纬度环流槽脊持续维持并发展。例如，欧洲上空高压脊加强东伸，南亚高压加强，同时中国东部上空出现副热带高压异常。这些有利于欧洲和中国长江流域发生极端气温和降水事件。图5给出了14—25日沿47°N的垂直速度剖面距平场。可见，西欧（10°~30°E）位于高压脊区，受下沉气流控制，同时中国长江流域上空受西太平洋副热带高压异常控制，伴随下沉气流和整层水汽辐散（图2c），这些都有利于该区域高温干旱天气的持续。
4 结论和讨论
基于观测资料，本文发现2022年7月14—25日西欧极端高温和中国长江流域极端高温干旱事件的同时发生与7月青藏高原异常增暖密切相关，得到以下主要结论：
图42022年7月2—13日（a）和14—25日（b）300 hPa波源（填色，单位：10-8 s-2）、位势高度距平（等值线，单位：gpm）和波活动通量距平（箭矢，单位：m2·s-2）（棕黄色粗实线代表200 hPa急流轴气候态；黑色轮廓区域代表青藏高原）
Fig.4Spatial distribution of average300 hPa wave source anomalies (shaded, units: 10-8 s-2) , geopotential height anomalies (contours, units: gpm) , and wave activity flux anomalies (arrows, units: m2·s-2) during (a) 2—13 July and (b) 14—25 July 2022. The solid brown line denotes the climatological jet stream axis. The black outline indicates the Qinghai-Xizang Plateau
图52022年7月14—25日沿47°N的垂直纬向风（箭矢，单位：m·s-1）和垂直速度（填色，单位：m·s-1）的距平场（垂直风分量放大至100倍；仅绘制垂直纬向风速大于0.1 m·s-1的矢量）
Fig.5Vertical-zonal wind anomalies (arrows, units: m·s-1) and vertical velocity anomalies (shaded, units: m·s-1) along47°N during14—25 July 2022. The vertical component is multiplied by 100. Arrows are plotted for magnitudes ＞ 0.1 m·s-1
1）2022年7月2—13日青藏高原大范围区域呈极端增暖现象。7月14—25日，青藏高原西部增暖持续的同时，西欧和中国长江流域出现极端高温事件，850 hPa上欧洲区域有反气旋式环流异常，同样在中国青藏高原、长江流域上空出现反气旋式环流异常，长江流域大范围降水偏少。长江上游以及除洞庭湖外的长江中下游上空呈现水汽净含量减少状态，对流活动受到抑制。
2）2022年7月青藏高原异常偏暖有利于高原北侧温度梯度增强，进而导致中纬度西风急流的南支加强、位置偏北。青藏高原增暖及急流偏北一直持续至7月下半月。14—25日有源自墨西哥湾流以北的波活动通量异常东传并叠加在西风急流的南支上，引起中高纬度环流槽脊偏强且维持。例如，欧洲上空高压脊加强东伸，南亚高压加强，同时中国东部上空出现副热带高压异常。这种异常的环流配置有利于欧洲和中国长江流域极端气温与极端降水持续发展。
在气候变暖加剧的背景下，全球范围内引发了前所未有的极端天气事件。预计未来极端天气将呈现频发、广发、强发、并发的趋势（Meehl and Tebaldi，2004；Zhao et al.，2019；Perkins-Kirkpatrick and Lewis，2020；IPCC，2021）。因此，解析极端事件的相互作用和强迫因子，对预测极端事件及认知全球气候变暖都具有重要意义。Jiang et al.（2024）研究认为，青藏高原土壤湿度偏干有利于高原北部形成相当正压反气旋，其叠加在副热带西风急流波导上，能够激发大气罗斯贝波的西向响应和沿西风急流的东向传播，进而引发欧洲和东亚同时出现热浪。本文认为，2022年7月14—25日墨西哥湾流以北的波活动通量异常东传是导致西欧热浪的前提条件；同期青藏高原变暖通过调制中纬度西风急流的南支（加强、偏北），进一步影响了波活动通量的传播和中高纬度环流槽脊的维持及加强，有利于西欧热浪与同期中国长江流域极端高温干旱事件的同时发生。后续可引入青藏高原异常增暖指数，使用回归分析和合成分析等统计学方法，以验证历年青藏高原的变暖是否会影响西欧及中国长江流域的极端高温事件的并发；还可使用数值模式开展青藏高原影响波列的具体机制研究。此外，2022年夏季长江流域极端高温干旱事件可能受到多个外强迫因子的协同作用。关于外强迫因子的相互作用，本文未做讨论；今后将考虑从多时间尺度外强迫因子的叠加作用，来分析不同地区极端事件同时发生的可能机制。
