西太平洋水汽异常与中层大气湿度共同作用对中国西南部云南省10月份降水的影响

云南十月降水多尺度调控机制与湿度阈值效应研究。基于1961-2024年观测与ERA5再分析数据，揭示西太平洋水汽异常指数（WTPAI）与中 troposphere相对湿度（RH）阈值共同驱动十月降水变异。WTPAI的降水增效作用受RH≥49%阈值约束，且西太平洋副热带高压（WPSH）通过调整水汽输送路径间接影响降水。研究建立“湿度阈值+区域水汽异常”协同增强机制模型，为高原山地降水归因与水资源管理提供理论支撑。

孙文军|陶振鹏|张子阳|兰天青|李涛辉|彭梓|姜志|姚武|梁明强|陈超军|穆圆圆|李俊云|李廷勇

中国云南省普通师范学院地理系高原地理过程与环境变化重点实验室，昆明650500

摘要

在亚洲季风地区，十月标志着从湿润季节向干燥季节的过渡，在此期间，降水的变化对区域水资源管理和生态稳定性起着关键作用。近几十年来，气候变暖加剧导致中国西南部极端降水事件更加频繁，给以雨水为主的云南省的农业和经济发展带来了巨大挑战。本研究利用1961年至2024年的长期地面观测数据和ERA5再分析数据，通过统计和诊断分析方法确定了云南十月降水变化的主要物理驱动因素。结果表明，西太平洋水汽异常指数（WTPAI）和中层相对湿度（RH）共同调节了年际降水变化。WTPAI对降水的正面影响受到约49%的湿度阈值的限制，表明只有在足够湿润的条件下，水汽异常才会增强降水。此外，西太平洋副热带高压（WPSH）主要通过其脊线位置来调节WTPAI，从而将大尺度环流与区域水分供应联系起来。基于这些发现，本文提出了一个“湿度阈值加上区域水汽异常”的框架，以描述湿度与水汽输送之间的协同放大机制。该框架阐明了控制云南秋季降水的动态-热力学耦合过程，并为在气候变暖背景下改进降水归因、预测和水资源管理提供了科学依据。

引言

中国西南地区位于青藏高原东南边缘与东南亚低纬度季风带之间的过渡带（Li等人，2017；Wang等人，2017）。复杂的地形和强烈的纬向海拔梯度形成了多样的水分输送路径和地表热强迫的空间异质性（Huo和Sun，2025）。十月是从夏季季风消退到冬季季风发展的关键过渡期，在此期间降水变化对区域水资源管理和生态稳定性至关重要（Zhang等人，2025）。这一过渡季节的特点是环流和水分路径的快速演变，导致中国西南部降水的显著空间异质性。

云南位于中国西南部的低纬度高原上，是亚洲季风西侧的关键气候过渡带。复杂的地形和热动力耦合效应导致秋季降水在空间和时间上存在强烈的异质性，尤其是在十月（Xiao等人，2016）。随着秋季过渡期间季风环流的减弱，进入云南的水分输送显著减少，导致冬季和春季降水量减少、气温升高以及蒸发增强（Xiao等人，2016；Ma等人，2024）。鉴于这些降水和大气条件的变化，了解云南十月降水的物理机制对于改进降水预测和优化区域水资源管理至关重要。

在这一晚季风过渡期间，高层西风急流和热带对流会发生重大季节性调整（Schiemann等人，2009；Vigaud和Robertson，2017；Jiang等人，2023），而西太平洋副热带高压（WPSH）的强度、范围和脊线位置也会发生变化（Ma等人，2022；Song等人，2025）。这些大气变化反过来又影响了区域水分和降水模式的分布，尤其是在季风环流减弱时。这种大尺度变化降低了季风的持续性，并破坏了对流的组织结构，从而增加了降水的年际变异性（Liu和Li，2022；Tian等人，2022）。同时，青藏高原的环流变化也会影响中国西南部的上游动力背景（Liao等人，2025），可能影响过渡季节的大尺度水汽汇聚环境。

除了这些大尺度大气变化外，400–600 hPa范围内的中层相对湿度（RH）是控制对流启动、维持和降水效率的关键因素（Sherwood等人，2010；Seeley和Wordsworth，2023；Jo等人，2025；Vander Drift和O'Gorman，2025）。干燥空气的侵入通过增强蒸发和冷却抑制凝结（Menon等人，2018；Miglietta等人，2020），而湿润的中层大气则促进持续凝结和更强的降水（Miao和Yang，2022）。鉴于其重要性，本研究假设云南十月的降水可能受到“中层湿度阈值”机制的调节，该机制限制了西太平洋水汽异常的正面影响，并改变了WPSH指数与降水之间的相关性强度。这一假设通过基于相互作用的诊断方法和湿度制度合成图来评估，以检验水汽异常是否只在足够湿润的中层大气条件下才会转化为降水。

因此，本研究重点关注三个问题：（1）中国西南部，特别是云南十月降水的主要时空模式及其相关的外部水汽异常信号；（2）与其他热力学变量相比，中层RH在年际变化中的约束作用；（3）WPSH在特定中层湿度条件下通过调节西太平洋水汽异常对降水的间接影响。为了探讨这些方面，本研究利用再分析数据集和诊断指标来研究云南十月的降水变化，重点关注环流模式、水分输送和湿度调节。研究结果明确了西太平洋和孟加拉湾水汽源的相对作用，并强调了中层RH在降水形成中的调节作用，为更好地理解云南的秋季水文气候过程和水资源管理提供了物理基础。

研究区域

云南位于中国西南部的高原和山区之间的过渡带，其地形起伏明显，有许多南北走向的深谷（Gao等人，2023；图1a）。十月期间，水分输送的特点是索马里跨赤道流动减弱，来自阿拉伯海-孟加拉湾地区的西南风输送减少。同时，来自西北太平洋的东风向西延伸至北纬10°

云南十月的降水特征

从1961年到2024年，云南十月的降水表现出明显的年际变化，叠加在较弱的十年际波动之上，没有显著的长期趋势（图2a）。11年的滑动平均值显示了与气候平均值相比相对较高和较低的降水年份阶段，包括20世纪60年代初的降水高于正常水平、20世纪70年代的长期降水低于正常水平以及降水增加的时期

湿度阈值和水汽异常的双重控制

本研究提出并验证了一个关于云南十月降水的机制框架，整合了统计和物理证据。降水异常并非由单一的大尺度指数线性驱动，而是受到两个因素的条件性调节：（1）西太平洋水汽异常；（2）中层RH阈值效应。空间相关性、边界水分通量预算和综合分析共同表明，正的水汽

结论

本研究利用1961年至2024年的观测和再分析数据，系统地阐明了西太平洋水汽异常指数（WTPAI）和中层相对湿度（RH）对云南十月降水的协同调节机制。主要结论如下：

• (1)
  WTPAI显著影响区域降水的年际变化；然而，其正面效应受到中层湿度阈值的限制。

作者贡献声明

孙文军：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，方法论，正式分析，概念化。陶振鹏：资源。张子阳：可视化，软件，方法论，正式分析。兰天青：软件，方法论。李涛辉：软件，正式分析。彭梓：软件。姜志：正式分析。姚武：正式分析。梁明强：监督，软件。陈超军：可视化，资金获取。穆圆圆：正式分析。

未引用参考文献

Jin等人，2023

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢编辑Cong Zhiyuan博士和两位匿名审稿人的建设性评论和建议，这些评论和建议显著提高了本文的科学质量。本研究得到了云南省基础研究项目（资助编号202201AS070022）和云南省中青年学术和技术带头人（编号202205AC160025）对T.-Y Li的支持。此外，还得到了国家自然科学基金（编号42272214、42172204）的支持