极端降水是全球变暖背景下最具破坏性的自然灾害之一。近年来，随着全球气温持续升高，大气能够容纳更多水汽，极端降水事件发生频率和强度不断增加。然而，极端降水的形成不仅依赖于充足的水汽供应，还需要特定的大尺度天气形势作为触发条件。例如，高空低压、切断低涡以及异常水汽输送等环流系统往往决定了暴雨发生的时间、位置和强度。因此，极端降水究竟有多少来源于人为气候变暖，又有多少是由自然大气环流异常造成的，一直是极端事件归因研究中的核心科学问题。

2024年10月29日，西班牙东部瓦伦西亚地区遭遇历史级罕见暴雨，Turís站24小时累计降水达到771毫米，刷新西班牙秋季降水纪录，并引发严重山洪灾害，造成220余人遇难，经济损失超过130亿欧元，成为1900年以来欧洲最严重的洪涝灾害之一。已有快速归因研究认为，人为气候变暖提高了此次极端降水发生的可能性，但对于异常大气环流究竟在此次事件中发挥了多大作用，目前仍缺乏定量认识。

围绕这一科学问题，中国科学院大气物理研究所博士研究生姚梦媛、黄刚研究员联合英国谢菲尔德大学唐颢苏博士与中国科学院地理科学与资源研究所王君研究员，在期刊《Environmental Research Letters》发表最新研究成果。研究综合利用多源高分辨率观测资料、再分析数据以及英国气象局大集合气候模拟，建立了大尺度环流约束归因框架，定量分离了异常大气环流（动力过程）和热力过程对2024年西班牙极端暴雨的相对贡献。

研究发现，此次历史性暴雨首先由一次异常强烈的高空切断低压触发（图1）。该系统位于西班牙南部，在伊比利亚半岛东侧形成明显的槽前环流，引导来自地中海的暖湿气流持续输送至瓦伦西亚地区。受沿海山地地形抬升作用影响，大量暖湿空气不断上升凝结，形成持续发展的强对流系统，最终导致极端暴雨发生。与此同时，异常偏暖的地中海海温进一步增加了大气中的水汽含量，为降水持续增强提供了有利的热力条件。此外，在此次暴雨过程中，不同降水形成机制发挥了不同作用。降水初期主要由暖云降水过程快速产生大量降雨；随后，高空冰晶、雪粒等混合相云微物理过程持续增强降水，使强降雨能够长时间维持。这表明，大尺度环流、水汽输送以及云微物理过程之间存在显著协同作用，共同塑造了此次历史性极端暴雨。

为了回答异常环流究竟贡献了多少降水这一关键问题，研究利用历史资料构建了与2024年天气形势最相似的大尺度环流样本，重建了仅由环流变化所产生的降水。结果表明，大尺度环流异常约解释了此次极端降水31%（四分位范围7%–44%）的强度（图2），说明异常天气形势是形成此次暴雨的重要前提，而剩余约三分之二的降水增强则主要来源于气候变暖背景下更加充沛的大气水汽以及云微物理过程等热力效应。这表明，异常环流决定了暴雨能够发生，而气候变暖则进一步放大了降水强度。

研究进一步结合英国气象局525个成员的大集合气候模拟，对此次事件进行了归因分析。结果显示，外部强迫（主要包括人为温室气体增加及海表温度变化）和内部气候变率分别贡献约47%和53%的降水异常。其中，内部变率又可以进一步分解为动力过程和热力过程：约三分之一来自异常大气环流，其余主要来自水汽增加和云微物理反馈等热力过程。总体而言，热力过程约贡献了整个极端降水增强幅度的66%，成为此次暴雨进一步增强的主导因素，而异常环流则为极端事件提供了关键的大尺度背景。

本研究揭示了异常大气环流触发与气候变暖放大极端降水的协同作用机制，发展了极端天气归因的新技术，为深入认识极端降水形成机制、评估未来地中海地区洪涝灾害风险以及制定气候变化适应策略提供了重要科学依据。本研究受到国家自然科学基金项目（42530606与42261144687）和国家重点研发计划资助项目（2025YFF0812000）的联合资助。

文章信息：

Yao, M., Tang, H.*, Huang, G.*, and Wang, J., 2026. Large-scale circulation-conditioned attribution of the historic 2024 Spanish extreme precipitation. Environmental Research Letters. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ae8b05.

图1、2024年10月29日西班牙极端降水事件的时间演变和空间特征。(a) Utiel（8309X）、Chelva（8395X）和Turís（8337X）三个站点的逐日降水变化。(b) 2024年10月29日西班牙逐日降水空间分布。红框表示西班牙东南部区域（SES），蓝框和紫框分别表示西班牙南部和东部区域。(c) 2024年事件期间，超过不同降水阈值的洪水影响区域随时间的变化。蓝色虚线标记10月29日。(d) SES、西班牙南部和东部区域极端日降水（Rx1day）的时间变化，标注年份表示10–11月期间该年的最大日降水发生时间。(e) 西班牙东部区域和Turís站点年度最大日降水（Rx1day）的重现期分析。

图2、2024年西班牙极端降水事件的大尺度环流特征及动力重建。(a) 2024年10月29日500 hPa位势高度场（阴影）、纬向梯度（等值线）和850 hPa风场（箭头）。紫色框表示用于环流相似分析的区域。(b) 同(a)，但展示整层水汽输送及其方向。(c) 同(b)，但展示2024年10月海温异常。(d) 1979–2024年期间，与第4类SOM环流型高度相关的相似环流出现频率的季节变化。(e) 1979–2024年观测到的极端日降水（Rx1day，红线）变化趋势，与仅考虑大气环流变化重建的结果（黑线）对比。蓝色虚线表示不同环流相似样本的结果。(f) 基于动力重建方法得到的2024年极端降水空间分布。紫色线表示实际观测到的强降水异常区域。(g) 动力因子对降水变化的贡献比例，包括随机天气过程、中等强度极端降水事件和2024年极端事件在西班牙东部区域的贡献，以及2024年极端事件在Turís站点的贡献。