青藏高原和亚马逊热带雨林是陆地上两个典型生态区。在全球变暖大背景下，全球陆面的水热条件发生了显著变化，青藏高原冰川区冻融期缩短，陆面增温提早；亚马逊热带雨林区域暖干化发展。近年来有研究发现亚马逊雨林逐渐接近气候临界点，二者之间是否存在关联？为探究该科学问题，实验室跨时空尺度气候变异机理团队张杰教授指导的硕士生王梦瑶，采用统计诊断和数值模拟相结合研究了亚马逊雨林暖干化和高原陆面过程的物理关联及其年代际转折。相关成果发表在国际期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》上，主要结论如下：
1. 亚马逊雨林暖干化与高原陆面过程之间遥相关及其转折
本研究首先以地表反照率作为高原陆面过程表征，结合多源数据集，通过回归及滑动相关分析，探究高原中西部（陆面状况变化大值区）与亚马逊雨林地表温度（AMZ-SKT）的关系，发现在2004 年出现年代际转折，二者由正相关转为负相关。P1（1981-2004 年）时段多源数据均呈现显著同向相关，ERA5-LAND 虽呈偶极型分布，但研究区域大部分仍保持同向变化；而P2（2005-2023 年）二者关联转为显著反向相关（p 均 < 0.05），影响区域向西收缩。
图 1. (a)高原反照率标准化时间序列(蓝色线：GLDAS；黄色线：CLARA-A3；红色线：ERA5-LAND，单位：%)；(b)AMZ-SKT 的 13 年滑动相关(颜色方案同 a)，浅蓝色实线、虚线分别表示 95%、90% 显著性水平； AMZ-SKT对GLDAS(c)、CLARA-A3(d)、ERA5-LAND(e)数据提供的地表反照率资料的回归，黑点表示通过 90% 显著性检验区域。
近几十年高原暖化导致冰冻圈退化，尤其在P2时期，雪冰锐减、湖泊扩张，削弱地表反照率气候敏感性。故用高原地表温度、表层土壤湿度（SM）表征陆面过程，同样发现二者之间的遥相关在 2004 年左右出现年代际转折，进一步表明跨半球遥相关的相互作用机制发生根本转变。
图2.在P1(a1-b1)和P2(a2-b2)期间，高原的地表温度(单位：°C)和SM(单位：m³/m³)对3月AMZ-SKT的回归分析。图(c)为其13年滑动相关性的时间序列。图(a1-b1，a2-b2)中的点表示通过了90%显著性检验，浅蓝色实线和浅蓝色虚线分别表示95%和90%的显著性置信水平。
2. 亚马逊雨林暖干化调节高原陆面过程的机制及其转折原因
为探究亚马逊雨林暖干化对高原陆面过程的影响机制及转折原因，以 AMZ-SKT 序列为基准，对 4 月 500 百帕位势高度场、相关环流场及北大西洋海温（SST）进行回归分析，发现北大西洋 SST 异常是为二者作用的桥梁。
P1（1981-2004 年）：亚马逊增温使 500 百帕位势高度场呈西正东负异常模态，大西洋中脊东西侧环流异常，经海气相互作用等过程导致中纬度大西洋西部 SST 升高；3 月 AMZ-SKT 增强影响 4 月中西部北大西洋与地中海纬向温度梯度，促进有效位能（APE）积累并转成动能，激发罗斯贝波列，200 百帕亚非西风急流北抬，波动能量沿丝绸之路波列传向高原，影响改变其上空大气环流。
P2（2005-2023 年）：NAO 负相位增强东移，500 百帕位势高度场呈大西洋中高纬度南北反向模态，北大西洋 SST 三极子北部北推，格陵兰岛南部等海域升温；3 月 AMZ-SKT 升温增强北大西洋中高纬度及北欧纬向温度梯度，推动扰动西风动能增加，在格陵兰上空激发罗斯贝波列，波能在北欧上空分叉为南北两支，南支经中亚传向高原，改变高原环流模态及陆面过程。
图3.在P1(上行)和P2(下行)期间，3月AMZ-SKT的回归。(a)500百帕位势高度(阴影部分；单位：gpm)和水平风场(箭头；单位：m/s)、(b)SST(单位：°C)。图中的点表示通过了90%显著性检验的区域,超过90%显著性检验的经向或纬向风矢量加黑
图4.在P1(左列)和P2(右列)期间，4月环流场对3月AMZ-SKT的回归分析。(a-c)展示了200百帕的经向温度梯度(阴影部分，单位：K/100 km)、200百帕的纬向风分量(U)(阴影部分，单位：m/s)以及200百帕的位势高度(阴影部分，单位：gpm)，同时还有水平波动通量矢量(箭头，单位：m²/s²)。(b)绿色等值线表示风速超过30 m/s的西风急流的位置，(c)黄色等值线表示波列。打点表示通过90%显著性检验的区域。
3.模式模拟
本研究用 CESM2模式修改SM进行两组敏感性试验，探究亚马逊不同暖干化条件对大气及高原陆面的影响，其中EXP1（SM 降 20%，弱暖干）、EXP2（SM 降 50%，强暖干）。合成分析可知在弱的亚马逊雨林暖干强迫下，中纬北大西洋 500hPa 位势高度 “西正东负”，200hPa 北非欧洲西风增强助力波能传上高原，高原上空异常北风加强，维持地表冷却、利积雪冰川持续存在。在强的亚马逊雨林暖干强迫下，格陵兰正、北欧负 200hPa 位势高度，波能东传南支至高原，500hPa 高原处异常反气旋东南侧，地表升温、积雪消融。
图5. EXP1与CTR之间500hPa位势高度(阴影，单位：gpm)和水平风场(箭头，单位：m/s)的差异。(b)EXP1与CTR之间200hPa位势高度(阴影，单位：gpm)的差异，以及EXP1的波通量(箭头，单位：m²/s²)。(c)与(a)相同，(d)与(b)相同，显示EXP2与CTR之间的差异。红色实线代表与图4c一致的异常罗斯贝波列。
在亚马逊雨林地区弱暖干强迫下，高原因冷平流加强，地表温度显著下降，为雪冰稳定存续创造条件，雪深增加；强暖干强迫时，异常高压带来下沉增温和辐射作用，高原地表温度升高，加速积雪消融，雪深减少。
图6. 模式模拟的EXP1与CTR之间地表温度(单位：℃) 和雪深(单位：m) 的差异; (a2) 与(a1)相同，(b2) 与(b1) 相同，但为EXP2与CTR之间的差异。
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Wang M., J. Zhang*. Mechanism of the Amazon Rainforest's Warming-Drying Impact on Spring Land Warming over the Tibetan Plateau and Its Interdecadal Transition.J. Geophys. Res. Atmos., 2025
