中国科学院大气物理研究所毕业生陈华玉和导师刘屹岷研究员团队的最新成果表明，亚洲高山区作为关键“遥控器”，显著调控着中纬度热浪的同步爆发。该工作揭示了大尺度地形在塑造中纬度极端天气格局中的重要作用，也为理解现代气候变化及古气候演变提供了新视角。

图1 中纬度同步热浪示意图（由Gemini生成）

中纬度地区存在多个热浪“热点区域”，区域间热浪事件常同步出现，这与Rossby波的位相偏好密切相关（Kornhuber et al. 2020）。Rossby波是大气中的大尺度波动，其高压脊（反气旋环流）和低压槽（气旋环流）偏好于在特定经度重复出现。该位相偏好在数学上可表现为：统计时段（如日、周、月）内，谐波y=Asin(kx+ϕ)的位相值ϕ的概率密度分布呈现显著峰值。在理想化“水球”实验（地表条件沿纬圈对称）中，Rossby波的位相分布完全随机，不存在偏好；引入类似青藏高原的局地大地形后，可诱导出清晰的位相偏好（Jiménez-Esteve et al. 2022）。然而，仅靠“添加地形”的实验，尚不足以确认地形是塑造Rossby波位相偏好的决定性因素。为此，团队利用FGOALS-F3-L气候模型，在真实气候背景下开展了“移除地形”实验。

结果表明，无论是完全移除亚洲高山区，还是仅移除其热力效应（保留地形的动力作用），Rossby 波的位相偏好均仅受到一定程度的扰动，并未被彻底消除。因此，欧洲、中亚、东亚和北美这四个主要热浪热点区域的空间分布总体保持稳定（见图 2 中的交叉线区域）。进一步地，作者采用源于统计物理学的“复杂网络”方法揭示：完全移除亚洲高山区会增强上述区域间热浪的同步性（图 2B），而仅移除其热力效应则会削弱这种同步性（图 2C）。这种差异性响应与 Rossby 波包络线在纬向上的均匀性变化密切相关。

图2 复杂网络检测热浪热点区域间的同步性。CTRL为控制试验，noAH为移除亚洲高山区试验，AHnosh为移除热力效应试验。图B与C中红色（蓝色）表示同步性相对于图A即CTRL加强（减弱）。

这项研究受到国家自然科学基金项目42288101和42305057的资助，已在线发表于国际期刊Journal of Climate。第一作者为硕士毕业生陈华玉（现为马克斯普朗克气象研究所博士生），通讯作者为刘屹岷研究员，其他合作者包括姜继兰博士（现工作单位为中国气象科学研究院）、朱涛博士、何编研究员、生宸副研究员和硕士毕业生姚吴秋实（现为魏茨曼科学研究所博士生）。

论文信息

Chen, H., Y. Liu, J. Jiang, T. Zhu, B. He, C. Sheng, and W. Yao, 2025: How do the Asian Highlands affect phase-preferred Rossby waves and synchronous heat extremes in the midlatitudes? Journal of Climate, in press, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-24-0674.1

参考文献

Kornhuber, K., D. Coumou, E. Vogel, C. Lesk, J. F. Donges, J. Lehmann, and R. M. Horton, 2020: Amplified Rossby waves enhance risk of concurrent heatwaves in major breadbasket regions. Nature Climate Change, 10, 48–53, https://doi.org/10.1038/s41558-019-0637-z.

Jiménez-Esteve, B., K. Kornhuber, and D. I. V. Domeisen, 2022: Heat extremes driven by amplification of phase-locked circumglobal waves forced by topography in an idealized atmospheric model. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL096337, https://doi.org/10.1029/2021GL096337.