华北地区地形复杂，夏季易发生极端性强、致灾性严重的极端强降水事件，给人民生命财产安全带来严重威胁。因此，有必要加强对华北地区夏季极端强降水事件特征及其形成机理的研究。当前研究多聚焦于探索大尺度大气环流、水汽输送、地形、城市化、海温及海冰等对华北极端降水形成的影响，而少有研究探索影响华北地区的极端强降水系统的时空传播特征。中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室刘屹岷研究员、吴国雄院士，联合中国气象科学研究院姜继兰副研究员、李论研究员以及中国环境科学研究院包文博士，基于复杂气候网络方法与大气动力学理论，系统揭示了华北暖季极端强降水与上游极端降水事件之间的时空关联特征及其内在动力学机制。

基于气候网络分析发现，华北暖季极端强降水发生前，降水系统主要沿提前6天起源于西西伯利亚平原的西北-东南向和提前3天起源于青藏高原中部的西南-东北向两条路径传播（图1）。

进一步动力学诊断表明，西北-东南向路径主要由北极气旋异常背景下的中纬度东传波列所驱动。具体而言，中纬度波列中气旋环流的东移驱动着上游降水系统向东南方向移动。超前2天时，该气旋环流与北极向西移动的气旋环流同位相经向叠加，相互加强；其东侧东南风异常促使下游反气旋环流向东北方向移动并且加强，进而引导降水系统向东移动，最终影响华北地区（图2a-g）。西南-东北向路径由青藏高原气旋环流与北极反气旋异常背景下的中纬度准定常环流协同耦合所驱动，其中高原系统发挥了关键作用。具体过程为，北极反气旋与里海北侧反气旋连通，驱动高位涡向高原西部输送，激发高原西侧气旋环流。该气旋环流在与中纬度西伯利亚气旋协同耦合作用下加强并向东发展，其东侧偏南风异常向华北输送低位涡，促使华北反气旋环流发展东移，引导降水系统自高原向华北推进（图2h-n）。

该研究创新性地将复杂气候网络方法与大气动力学理论深度融合，构建了解析华北地区极端强降水非线性时空传播特征及其物理机制的研究框架。基于超前滞后关联网络系统识别华北暖季极端强降水关键传播路径的同时，阐释了青藏高原与中高纬环流系统协同影响降水传播的物理机制。研究为理解华北极端降水形成机理、提升预测预警能力提供重要科学支撑。

该研究成果于近期发表在期刊Geophysical Research Letters上，题目为“Teleconnections between warm‐season extreme precipitation events over North China and upstream regions: Insights from complex network analysis of climate”，论文第一作者为中国气象科学研究院的姜继兰副研究员，通讯作者为中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室的刘屹岷研究员和中国气象科学研究院的李论研究员。本研究得到国家自然科学基金项目（42288101），国家重点研发计划（2023YFC3007500），西藏自治区重大科技项目（XZ202402ZD0006），中国气象科学研究院基本科研业务经费（2023Z024和2023Z003），中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（2025YSKY49）和国家重大科技基础设施项目“地球系统数值模拟装置”的支持。

参考文献

Jiang, J., Bao, W., Wu, G., Liu, Y., & Li, L. (2026). Teleconnections between warm‐season extreme precipitation events over North China and upstream regions: Insights from complex network analysis of climate. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL119223. https://doi.org/10.1029/2025GL119223

图1 基于气候网络分析的华北暖季极端强降水事件的时空传播特征。（a）–（o）华北地区与欧亚东部区域极端降水事件之间超前滞后气候网络的度值分布（–7到+7天），负（正）的天表示研究区域内给定格点的极端降水事件超前（滞后）于华北地区极端降水事件发生的超前滞后网络，0天表示同步网络；标记为1–5的黑色和灰色方框分别刻画了华北地区极端降水事件发生前的西北-东南向和西南-东北向传播路径，标记为7–11的蓝色方框刻画了华北地区极端降水事件发生后的传播路径；紫色方框表示华北关键区（36°–42°N, 114°–120°E）；蓝色等值线代表3000 m地形高度。（a1）–（o1）依次为超前滞后–7到+7天的气候网络中任意1000对节点样本的超前滞后事件数的概率密度函数分布，蓝色虚线标记了95th百分位阈值。

 
图2 华北暖季极端强降水发生前西北-东南向和西南-东北向传播路径相关的中上部对流层大气环流异常。（a）–（g）西北-东南向传播路径中格点1领先格点6三天所发生的62个极端强降水事件合成的-6到0天的500-hPa位势高度异常（填色；单位：gpm）、500-hPa水平风异常（矢量；单位：m/s；图中仅呈现了大于1m/s的水平风场）和200-hPa位势高度异常（等值线；单位：gpm），实线和虚线分别表示-70 gpm到70 gpm的正异常和负异常，间隔为20gpm。（h）–（n）正如（a）–（g），但为西南-东北向路径传播的62个降水事件的合成。黑色和灰色方框分别刻画了华北极端降水事件发生前的西北-东南向和西南-东北向传播路径。紫色方框表示华北关键区（36°–42°N, 114°–120°E）；蓝色等值线代表3000 m地形高度。