地球科学进展

地球科学进展 ›› 2026, Vol. 41 ›› Issue (4): 389 -410. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2026.029   cstr: 32269.14.adearth.CN62-1091/P.2026.029

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青藏高原大气热源对长江中下游降水的影响研究综述
李淼1(), 马耀明2,1,3,4,5(), 董晓华1, 王明静1, 胡雪儿1, 杨鹏辉1   
  1. 1.三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002
    2.中国科学院青藏高原研究所 青藏高原地球 系统与资源环境重点实验室地气作用与气候效应团队，北京 100101
    3.中国科学院大学 地球与 行星科学学院，北京 100049
    4.兰州大学 大气科学学院，甘肃 兰州 730000
    5.西藏珠穆朗玛 特殊大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站，西藏 定日 858200
  • 收稿日期:2025-11-14 修回日期:2026-02-13 出版日期:2026-04-10
  • 通讯作者: 马耀明 E-mail:974640182@qq.com;ymm@itpcas.ac.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金气象联合基金重点支持项目(U2442213);中国科学技术部与欧洲空间局科技合作“龙计划”项目(58516)

A Review of the Influence of Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau on Precipitation in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

Miao Li1(), Yaoming Ma2,1,3,4,5(), Xiaohua Dong1, Mingjing Wang1, Xueer Hu1, Penghui Yang1   

  1. 1.College of Hydraulic and Environmental Engineering, China Three Gorges University, Yichang Hubei 443002, China
    2.Land-Atmosphere Interaction and Its Climate Effects Group, Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Environment and Resources (TPESER), Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
    3.College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
    4.College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
    5.National Observation and Research Center on Earth Sciences for Qomolangma Special Atmospheric Processes and Environmental Changes, Dingri Xizang 858200, China
  • Received:2025-11-14 Revised:2026-02-13 Online:2026-04-10 Published:2026-06-09
  • Contact: Yaoming Ma E-mail:974640182@qq.com;ymm@itpcas.ac.cn
  • About author:Li Miao, research areas include hydrology and water resources. E-mail: 974640182@qq.com
  • Supported by:
    the Key Program of the Meteorological Joint Fund of the National Natural Science Foundation of China(U2442213);The MOST-ESA Dragon Programme-Monitoring and Simulating Water, Energy, and Carbon Cycles over Eurasia under Climate Change Using Digital Twin Earth Approaches(58516)
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青藏高原作为世界屋脊与巨大的抬升热源，其热力作用对亚洲季风及东亚气候格局具有关键影响。近年来，青藏高原热力异常及其气候效应的研究已取得丰硕成果，但在其驱动长江中下游多尺度降水及极端事件的动态机制方面，仍有待系统梳理与总结。围绕“热力强迫—环流响应—降水过程”这一主线，系统综述了青藏高原大气热源对长江中下游降水的影响机制，重点从热源的计算方法、时空分布特征、环流响应机制以及对降水过程与特征的影响4个方面进行论述。系统阐释了高原热源通过“背景态调制”与“直接强迫”双重路径影响关键环流系统，进而塑造长江中下游持续性降水典型配置（PSAH/NSAH型）与极端事件中“情景依赖型”角色的核心物理机制。高原热力作用并非一成不变的单一强迫，而是与热带海温等大尺度背景场存在复杂的协同作用，这种多强迫因子的组合配置决定了极端降水事件的触发与放大。最后展望了未来需重点开展的研究方向，指出需聚焦热源垂直结构的气候效应、极端降水事件的定量可归因度及多源数据融合等关键科学问题，以提升对长江中下游降水变率的科学理解与精准预测能力。

关键词: 青藏高原, 大气热源, 长江中下游降水, 大气环流, 极端降水

The Tibetan Plateau (TP), the most massive elevated landform in the Northern Hemisphere, serves as a powerful atmospheric heat source that anchors the Asian monsoon system and profoundly influences East Asian climate patterns. Although extensive research has yielded fruitful results regarding the TP’s thermal anomalies and their climatic effects, a systematic review of its dynamic mechanisms in driving multi-scale precipitation and extreme events over the Middle and Lower reaches of the Yangtze River (MLYR) is still lacking. Centered on the “thermal forcing-circulation response-precipitation processes” framework, this paper systematically reviews the mechanisms by which the TP’s atmospheric heat source affects precipitation in the MLYR. The review first addresses methods for quantifying the TP heat source, highlighting their uncertainties and spatiotemporal characteristics. We then comprehensively elucidate the core physical mechanisms through which the TP heat influences key atmospheric circulation systems via two pathways: “background state modulation” and “direct thermal forcing.” At upper levels, the TP’s thermal forcing governs the intensity and position of the South Asian High (SAH) and the seasonal migration of the subtropical westerly jet. At mid-levels, it acts as a primary source of Rossby wave trains that remotely influence the Western Pacific Subtropical High (WPSH). At lower levels, the “Sensible Heat-driven Air Pump” (SHAP) effect reshapes the monsoonal flow and establishes critical water vapor transport channels. Subsequently, the review synthesizes how these multi-level circulation adjustments translate into specific precipitation patterns over the MLYR. Two distinct configurations for persistent heavy rainfall are identified: the PSAH type, characterized by robust vertical coupling between an eastward-extended SAH and a westward-extended WPSH sustained by the rainfall-related ascent anomaly, and the NSAH type, which features a westward-extended WPSH but with a westward-retreated SAH. Furthermore, we introduce a novel framework of “scenario-dependent roles” to describe the TP’s function in extreme events. Specifically, it acts as a “primary driver” under weak external forcing (e.g., neutral ENSO), a “synergistic amplifier” when phase-locked with favorable oceanic conditions, or a “passive modulator” when strong external forcings like La Niña dominate. Our synthesis reveals that the TP’s thermal forcing is not an isolated, static driver, but rather exhibits a complex synergistic interaction with large-scale background states, such as tropical sea surface temperatures. The combination of these multiple forcing factors ultimately determines the triggering and amplification of extreme precipitation events. Finally, future research priorities are outlined to bridge existing knowledge gaps. These include advancing from analyzing the heat source’s total intensity to disentangling the differential climatic impacts of its vertical profile; moving beyond correlation to quantitative attribution of the TP’s role in specific extreme events; and overcoming data scarcity by developing a benchmark heat source dataset through the fusion of multi-source data. Addressing these challenges is crucial for advancing scientific understanding and enhancing the predictive capability for precipitation variability and extremes in the MLYR.

Key words: Tibetan Plateau, Atmospheric heat source, Precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River, Atmospheric circulation, Extreme precipitation

中图分类号: 

图1 青藏高原大气热源通过“背景态调制”与“直接强迫”双重路径影响长江中下游降水的物理机制概念框架
Fig. 1 Conceptual framework of the physical mechanisms by which the Tibetan Plateau atmospheric heat source influences precipitation in the Middle and Lower reaches of the Yangtze River via dual pathways of background state modulation and direct thermal forcing
图2 青藏高原中东部71个气象站点的海拔高度（阴影）及位置［25］
Fig. 2 Terrain height （shading） and locations of 71 observation stations over the central and eastern Tibetan Plateau［25］
图3 青藏高原大气热源四季空间分布
Fig. 3 Seasonal spatial distribution of atmospheric heat source over the Tibetan Plateau
图4 青藏高原大气热源季节变化
Fig. 4 Seasonal variation of the atmospheric heat source over the Tibetan Plateau
图5 青藏高原中部（90°E）温度与经向垂直环流差异剖面图［70］
差异为控制试验减去无感热试验；温度等值线间隔为2 ℃，阴影表示模式地形。
Fig. 5 Vertical cross-section of differences in temperature and meridional circulation along the central Tibetan Plateau （90°E）［70］
Differences are calculated as the control experiment minus the no-sensible-heat experiment. The contour interval for temperature is 2 °C， and shading indicates the model topography.
图6 青藏高原增温影响大气环流的机制示意图（据参考文献［95］修改）
重点展示青藏高原增温通过2支罗斯贝波列对东亚夏季降水的远程影响；A和C分别代表反气旋与气旋环流中心。
Fig. 6 Schematic diagram of the mechanisms by which the atmosphere responds to Tibetan Plateau warming （modified after reference ［95］）
The diagram highlights the remote impact of Tibetan Plateau warming on East Asian summer monsoon rainfall through two Rossby wavetrains. A and C denote anticyclonic and cyclonic circulation centers， respectively.
图7 青藏高原视热源与南坡水汽输送三维结构相关特征（据参考文献［110］修改）
（a） 1948—2014年夏季青藏高原整层视热源（Q1）与水汽通量相关矢量场；（b） 夏季青藏高原整层视热源（Q1）与散度相关及经圈相关环流垂直剖面图，图下方色阶代表视热源与散度的相关系数；（c） 青藏高原南坡云结构及其视热源相关散度、流场示意图。图（c）中，Q1/Q2代表视热源相关的热力强迫；∇·v< 0与∇·v> 0分别表示大气低层辐合区与高层辐散区。
Fig. 7 Three-dimensional correlation features between apparent heat source over the Tibetan Plateau and water vapor transport on its southern slope （modified after reference ［110］）
（a） Correlation vector field between the summer vertically integrated apparent heat source （Q1） over the Tibetan Plateau and water vapor flux from 1948 to 2014； （b） Vertical cross-section of divergence and meridional circulation correlated with the summer vertically integrated Q1 over the Tibetan Plateau， where the bottom color scale represents the correlation coefficient between the apparent heat source and divergence； （c） Schematic diagram of the cloud structure over the southern slope of the Tibetan Plateau， along with the divergence and flow fields associated with the apparent heat source. In （c）， Q1/Q2 represents the thermal forcing associated with the apparent heat source； ∇·v < 0 and ∇·v > 0 denote the low-level atmospheric convergence and upper-level divergence zones， respectively.
图8 青藏—伊朗高原耦合系统（TIPS）及其热力强迫的环流响应（据参考文献［4］修改）
（a） TIPS及南亚水汽输送反馈耦合系统示意图；（b） 100 hPa高度温度与风场差异（控制试验减去无感热试验）；（c） 300 hPa高度温度与风场差异；（d） 亚洲季风区（70°~90°E）7月平均经圈环流与绝对涡度垂直剖面；（b）和（c）中点影区和黑色矢量分别表示温度和风场差异通过95%置信水平的显著性检验；（d）中流线为经圈环流，白色虚线为零纬向风线。
Fig. 8 Schematic of the Tibetan-Iranian Plateau coupling System （TIPS） and atmospheric circulation responses to its thermal forcing （modified after reference ［4］）
（a） Schematic of the TIPS feedback coupling system and water vapor transport over South Asia； （b） Differences in temperature and wind field at 100 hPa （control experiment minus no-sensible-heating experiment）； （c） Differences in temperature and wind field at 300 hPa （control experiment minus no-sensible-heating experiment）； （d） Vertical cross-section of July mean meridional circulation and absolute vorticity for the Asian monsoon area （70°~90°E）. In （b） and （c）， stippling and black vectors indicate temperature and wind differences exceeding the 95% significance level， respectively. In （d） streamlines denote meridional circulation， and the white dashed line represents the zero zonal wind curve.
图9 上对流层T-Qz 机制示意图（据参考文献［31］修改）
展示了加热垂直梯度分布对上对流层温度最大中心（UTTM，即图中的Tmax）经度位置的贡献。蓝色向上箭头和红色向下箭头分别代表强烈的季风对流加热导致的上升运动和辐射冷却导致的下沉运动；黑色箭头为地表感热与辐射冷却共同驱动的经向风切变；橘黄色箭头表示与气压梯度力平衡的惯性力。蓝色实线表示200 hPa南亚高压分布；粉色实线和虚线分别表示300 hPa等温线和u=0等值线。
Fig. 9 Schematic diagram of the T-Qz mechanism in the upper troposphere （modified after reference ［31］）
The diagram illustrates the contribution of the vertical heating gradient to the longitudinal location of the Upper-Troposphere Temperature Maximum （UTTM，denoted as Tmax）. The blue upward and red downward arrows represent the ascending motion driven by intense monsoon convective heating and the descending motion induced by surface sensible heating and the descending motion induced by radiative cooling， respectively. The black arrows denote the meridional wind shear driven jointly by land surface sensible heating and upper-level radiative cooling， while the orange arrows indicate the inertial force balanced by the pressure gradient force. The blue solid line outlines the South Asian High at 200 hPa， and the pink solid and dashed lines denote the 300 hPa isotherms and the u=0 contours， respectively.
图10 东伸型南亚高压（PSAH型）与西退型南亚高压（NSAH型）事件的主要环流异常配置（据参考文献［130］修改）
深绿色和浅黄色阴影分别代表正、负降水异常；长江中下游上空标有云系及上升运动异常；200 hPa和850 hPa灰色阴影区分别表示南亚高压（SAH）和西太平洋副热带高压（WPSH）范围；黑色矢量为850 hPa风场异常；红色圆圈H和蓝色圆圈L分别代表异常反气旋与气旋环流；红色虚线椭圆表示由降水相关的上升运动异常导致的高层正位势高度异常。
Fig. 10 Main circulation anomalies associated with the Positive South Asian High pattern （PSAH） and Negative South Asian High pattern （NSAH） events （modified after reference ［130］）
Dark-green and light-yellow shadings denote positive and negative precipitation anomalies， respectively. Cloud-over and ascending-motion anomalies are marked over the middle-lower Yangtze River. Gray shadings at 200 hPa and 850 hPa represent the ranges of the South Asian High （SAH） and Western Pacific Subtropical High （WPSH）， respectively. Black vectors indicate wind anomalies at 850 hPa. Red circles “H” and blue circles “L” denote anomalous anticyclonic and cyclonic circulations， respectively. Red dashed ellipses indicate positive geopotential height anomalies in the upper troposphere contributed by the effect of the rainfall-related ascent anomaly.
表1 青藏高原热源影响长江中下游极端降水的情景依赖型机制框架
Table 1 Scenario-dependent mechanism framework of the Tibetan Plateau heat source influencing extreme precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River
角色类型机制描述依赖的大尺度背景条件关键可观测/预测信号
主要驱动者青藏高原热源异常独立激发遥相关波列，直接主导下游环流配置热带海洋强迫（如ENSO）处于中性/微弱，或局地热力异常强度远超背景信号前冬/春季青藏高原积雪、土壤湿度及感热通量异常
协同增强者青藏高原热源与海洋强迫同向叠加，通过增强水汽输送和波动传播放大事件强度存在显著的有利海洋强迫（如印度洋暖池增温、厄尔尼诺衰减年）夏季青藏高原涡/对流系统活跃度；热源与副高脊线位置的同位相振荡
被动调制者青藏高原热源自身偏弱，无法发挥常规的动力制约作用，间接允许外部强迫主导的极端环流维持存在极强的外部主导强迫（如强拉尼娜、强IOD事件）青藏高原感热/潜热持续偏弱；副热带高压异常西伸且无明显季节内退缩
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