《气候变化中的大气环境：低压与高压》课件

气候变化中的大气环境低压与高压欢迎来到《气候变化中的大气环境低压与高压》课程本课程将全面探讨气候变化背景下的大气压力系统，深入分析高压和低压系统如何影响全球天气模式和气候变化我们将从基础知识开始，逐步深入探索气压系统的形成机制、全球分布特征以及在气候变化背景下的演变趋势通过系统学习，您将了解大气环流的奥秘，掌握气象系统的变化规律，为理解全球气候变化提供科学视角课程概述大气压力系统基础知识高低压系统与气候变化关系从压力定义到大气环流，建立坚实理论基础，理解大气运动基本规剖析高低压系统在气候变暖背景下的变化趋势，探讨气压系统位律与物理过程，掌握气象学核心概念置、强度变化对区域气候的影响，分析极端天气事件形成机制最新研究成果与观测数据全球气候模式变化趋势介绍前沿科研发现，展示全球气象观测网络数据，分析气压系统长解析气候模式预测结果，讨论不同排放情景下的气压系统演变，探期演变特征，评估未来变化趋势讨区域适应策略与减缓措施大气压力系统基础气压的定义与测量方法气压指大气对单位面积的压力，通常以百帕hPa为单位测量方法包括水银气压计、旋转式气压计和电子气压传感器等标准大气压百帕

1013.25标准大气压定义为海平面标准条件下的大气压力值，等于

1013.25百帕hPa，相当于760毫米汞柱mmHg气压梯度与气流运动气压梯度是推动气流运动的主要力量，气流总是从高压区流向低压区，形成风气压梯度越大，风速越强大气压力与天气系统的关系气压系统是天气变化的基础，高低压区的分布和移动决定了降水、温度等天气要素的变化规律大气压力形成机制大气柱重量与气压单位面积上方所有大气的重量温度变化对气压的影响温度升高导致气体膨胀，气压降低地形对气压分布的影响高海拔地区气压低，低海拔地区气压高海陆分布对气压系统的影响海陆热力性质差异造成气压差异大气压力主要由大气柱的重量决定，同时受到多种因素的影响温度是影响气压的关键因素，当空气被加热时会膨胀上升，导致地面气压降低；反之，冷却的空气会收缩下沉，造成地面气压升高地形高度直接影响气压值，海拔每升高约100米，气压下降约10百帕此外，海陆分布创造了热力差异，夏季陆地变暖形成低压，海洋相对较冷形成高压；冬季则相反，这一机制是季风形成的重要原因高压系统特征下沉气流与辐散型表面风高压系统中，空气从高空下沉至地面，在地表向四周辐散流出这种下沉运动会压缩并加热空气，常常抑制云的形成通常伴随晴朗天气空气下沉导致相对湿度降低，抑制云的形成，因此高压系统通常带来晴朗、干燥的天气，特别是在系统中心区域气流顺时针旋转（北半球）受科里奥利力影响，北半球高压系统中的气流呈顺时针方向旋转，而南半球则为逆时针旋转，这是地球自转造成的平均持续时间3-5天一般情况下，高压系统可持续3-5天，但某些稳定的阻塞高压可维持数周，导致长期干旱或热浪事件低压系统特征上升气流与辐合型表面风低压系统中心气压低于周围地区，导致周围空气向中心汇聚，然后上升这种上升运动冷却空气，有利于水汽凝结形成云和降水通常伴随多云与降水天气空气上升冷却后，水汽容易凝结，形成云和降水因此，低压系统通常带来阴天、多云甚至降水天气，影响区域生活和农业生产气流逆时针旋转（北半球）受科里奥利力影响，北半球低压系统中的气流呈逆时针方向旋转，而南半球则为顺时针旋转，这是判断气旋类型的重要特征平均持续时间天2-4一般情况下，低压系统生命周期较短，通常持续2-4天，移动速度比高压系统快，系统变化也更为剧烈气压系统的全球分布赤道低压带（）副热带高压带（）ITCZ30°N/S位于赤道附近，太阳直射导致强烈加哈德利环流下沉区，形成持续性高压，热，形成上升气流和低压带，多雨湿润全球主要沙漠分布区极地高压区副极地低压带（）60°N/S极地冷空气下沉形成高压，温度极低，温带气旋活跃区，极锋位置，冷暖气团降水稀少交汇，天气多变全球气压系统分布呈现出明显的纬向带状结构，这种分布受到太阳辐射不均、地球自转以及海陆分布等多种因素的综合影响赤道低压带全年接受强烈太阳辐射，形成稳定的上升气流副热带高压带是全球大气环流的关键组成部分，控制着全球沙漠的分布季节性气压系统变化季风系统与气压变化夏季与冬季气压分布差异季风是最典型的季节性气压系统变化现象，主要由海陆热力性质夏季，陆地加热显著，形成热低压，如北非低压、印度低压、北差异引起夏季陆地加热快形成低压，海洋相对形成高压；冬季美低压等；海洋上形成相对高压，如太平洋高压、大西洋高压则相反，这种气压梯度变化驱动了季风环流的形成等亚洲季风区变化最为显著，夏季西太平洋副热带高压北抬西伸，冬季，陆地冷却迅速，形成冷高压，如西伯利亚高压、加拿大高与青藏高原热低压共同驱动东亚夏季风；冬季西伯利亚高压增压等；海洋保持相对温暖，形成低压，如阿留申低压、冰岛低压强，驱动冬季风南下等这种季节性差异控制着全球主要季风系统大气环流与气压系统哈德利环流与副热带高压赤道上升气流在副热带下沉形成高压带费雷尔环流与中纬度环流中纬度西风带和风暴路径的主要驱动力极地环流与极地涡旋3极地冷空气下沉形成环流，影响中纬度天气全球大气环流由三个主要环流圈组成，它们共同驱动了全球气压系统的分布和变化哈德利环流是最强的热力直接环流，赤道地区强烈加热使空气上升，向极地方向流动，在30°纬度附近下沉形成副热带高压带，这解释了为什么全球主要沙漠多分布在此纬度带费雷尔环流位于中纬度地区，与极地环流在60°纬度附近形成极锋，这里是温带气旋和风暴发生的主要区域气候变化正在改变这种经典的三圈环流模式，如哈德利环流的扩张和极地涡旋的不稳定，这些变化直接影响着全球天气模式高空与地面气压系统联系百帕高度场与地面气压关系对流层顶高度变化与气压气压系统垂直结构特征500500百帕高度场是大气中层约5500米高度对流层顶是对流层与平流层的分界，其高气压系统通常具有倾斜的垂直结构，冷性处的气压分布，对地面气压系统有指导意度在高压区抬升，低压区下降对流层顶系统随高度向低温方向倾斜，暖性系统则义高度场上的槽脊分布往往领先于地面的波动反映了大气波动的传播，影响着地向高温方向倾斜这种垂直结构反映了系气压系统，因此常用于预测地面天气系统面气压系统的发展和移动统的热力特性，影响气流运动和天气演的发展趋势变气候变化与气压系统全球变暖趋势升温（工业化前）气压系统位置与强度变化

1.1°C自工业化以来，全球平均气温已升高约

1.1°C，这种升温对全球气候变暖导致主要气压系统位置发生变化，如副热带高压带向极气压系统产生深远影响温室气体增加导致的能量积累改变了大地方向扩张，风暴路径北移，以及季风系统开始和结束时间的改气热力结构，进而影响气压系统的强度和分布变这些变化直接影响区域降水和温度模式全球变暖并非均匀分布，极地地区增暖速率是全球平均的2-3气压系统强度也在变化，研究表明，虽然温带气旋总数可能不会倍，这种极地放大效应减弱了极地与中纬度的温度梯度，影响显著增加，但强度极端的气旋比例可能上升阻塞高压的持续时大气环流模式间趋于延长，导致干旱和热浪风险增加北极涡旋与极端天气北极涡旋定义与特征极涡崩溃事件频率增与中纬度极端寒潮的加年代后增联系1990北极涡旋是环绕北极地区加40%的大型低压系统，主要存研究表明，北极涡旋减弱在于对流层上部和平流层近几十年来，北极涡旋崩与北美、欧亚大陆的极端中，通常在冬季最为强溃或减弱事件明显增多，寒潮事件密切相关极涡大强劲的西风气流围绕自1990年代以来增加约减弱导致极地冷空气南涡旋旋转，将寒冷空气40%极涡崩溃时，极地下，形成热北极-冷大陆锁定在极地区域寒冷空气可以南下侵入中的温度分布模式纬度地区，引发极端寒潮天气2021年2月，美国德克萨斯州遭遇罕见寒潮，造成电网崩溃、供水中断，经济损失超过1000亿美元这次寒潮事件与北极涡旋崩溃直接相关，极地寒冷空气异常南侵至美国南部科学家认为，北极快速增暖可能是导致极涡不稳定的重要原因，这一联系代表了全球变暖如何导致看似矛盾的极端寒冷事件厄尔尼诺与拉尼娜气压系统南方涛动指数SOI是衡量太平洋东西部气压差异的重要指标，其波动反映了厄尔尼诺-南方涛动ENSO现象的变化厄尔尼诺期间，太平洋东部气压降低，西部气压升高，造成赤道东风减弱；拉尼娜期间则相反，东风增强厄尔尼诺发生时，赤道太平洋中东部海温升高，改变全球大气环流和气压系统分布，影响全球多个地区的气候研究表明，在气候变暖背景下，厄尔尼诺和拉尼娜事件的频率已增加约21%，极端厄尔尼诺事件的发生概率也有所增加，对全球天气模式产生深远影响气候变化对中纬度气压系统的影响风暴路径北移趋势平均北移

1.2°纬度气候变暖导致中纬度风暴路径整体北移，平均北移约

1.2°纬度这一变化影响降水带分布，使得原本湿润的地区可能变得更干燥，而高纬度地区降水可能增加阻塞高压事件频率变化增加25%研究显示，持续性阻塞高压事件在近几十年增加约25%，且持续时间延长阻塞高压会阻断正常的天气系统移动，导致极端天气事件如持续高温或暴雨切断低压系统变化特征切断低压是从主要西风气流中分离出来的独立低压系统，近年来其发生频率和强度都有所增加这类系统移动缓慢，容易导致持续性强降水和局地洪涝中纬度锋面系统强度变化中纬度锋面系统是冷暖气团交界处形成的天气系统，气候变化导致这些系统在某些区域强度增加，带来更多极端降水事件副热带高压带扩张

0.5-1°8%哈德利环流扩张速率全球干旱区域增加全球变暖导致哈德利环流每十年向极地方向扩张副热带高压带扩张导致全球干旱区域面积增加约

0.5-1°纬度8%40+受影响国家数量副热带地区超过40个国家受到沙漠化威胁哈德利环流是热带和副热带地区最主要的大气环流系统，随着全球气候变暖，这一环流带正在向两极方向扩张这种扩张使得副热带高压带向极地方向移动，导致干旱气候区域扩大研究证据表明，世界主要沙漠边缘地区正在经历沙漠化过程，如撒哈拉沙漠南缘、澳大利亚内陆和北美西南部副热带高压带扩张对区域气候造成重大影响，地中海气候区和副热带季风区降水减少，水资源压力增加此外，这种扩张还改变了热带气旋的活动区域和路径，使得一些原本不常受热带气旋影响的地区面临新的气象风险北大西洋涛动与欧洲气候指数定义与测量正负位相对欧洲气压系统的影响NAO/北大西洋涛动NAO是北大西洋地区最主要的大气环流模态，表NAO正位相时，冰岛低压和亚速尔高压都增强，西风带增强并现为冰岛低压与亚速尔高压之间的气压差异NAO指数通过两北移，欧洲北部气温升高降水增加，南部则温暖干燥1990年地的标准化海平面气压差计算，反映了北大西洋地区大气质量的代，NAO长期处于正位相，导致欧洲北部异常温暖湿润南北摆动NAO负位相时，两个气压系统减弱，西风减弱南移，欧洲北部NAO指数的监测始于20世纪早期，现代观测结合了地面气象站寒冷干燥，南部湿润多雨2010年欧洲极端寒冬与NAO强烈负数据和再分析资料，使科学家能够重建长达数百年的NAO变化位相有关，导致英国和北欧地区创纪录低温历史研究表明，气候变化可能影响NAO的变化规律，尽管NAO本身具有较强的内部变率模式研究预测，在温室气体持续增加情景下，NAO可能更倾向于正位相状态，但不同模式间存在较大不确定性NAO与北极海冰、平流层极涡等因素存在复杂联系，这使得预测其未来趋势变得困难北极涛动与中高纬度气候AO指数与极地涡旋强度近年来AO指数波动增大波动幅度增加30%北极涛动AO是北半球中高纬度大气环流的主要模态，描述极地与中纬度观测表明，近几十年AO指数的波动地区气压的相对变化AO指数正值幅度增加约30%，极端正负位相出现表示极地气压低于正常，极地涡旋增频率增加这种增大的波动性可能与强；负值则表示极地气压高于正常，北极快速变暖和海冰减少有关，反映极地涡旋减弱了气候系统的不稳定性增加极端负位相与中纬度冷空气爆发AO指数极端负位相时，极地涡旋减弱，寒冷空气更容易南下2009/2010年冬季和2020/2021年冬季，AO指数均处于极端负值，引发北美和欧亚大陆大范围寒潮气候变暖背景下出现极端寒冷事件看似矛盾，但实际上反映了气候系统复杂的反馈机制北极快速增暖（增暖速率是全球平均的2-3倍）减弱了极地与中纬度的温度梯度，可能导致极地涡旋减弱和不稳定，增加寒冷空气向南突破的可能性这一现象被称为暖北极-冷大陆模式，是理解全球变暖背景下寒冷极端事件的关键太平洋十年涛动与气压系统季风系统变化亚洲季风系统在全球气候变化背景下表现出明显变化趋势近30年来，亚洲季风整体强度减弱约15%，但区域性差异显著印度季风的空间分布变得更不均匀，西部降水减少而东北部增加，增加了旱涝灾害风险东亚季风的进退时间也在发生变化，平均来看，季风开始时间推迟5-7天，结束时间提前，导致季风季节缩短非洲季风系统也受到气候变化影响，西非季风带北移，但年际波动增大，撒哈拉沙漠南缘的萨赫勒地区降水变率增加，加剧了该地区的气候脆弱性热带气旋与气候变化0%全球热带气旋频率变化总数基本稳定，但区域分布可能发生变化14%强度变化趋势4-5级飓风超强台风比例增加14%

0.2°路径北移现象平均每十年北移

0.2°纬度，影响范围扩大35%快速增强事件24小时内增强30节以上的事件增加35%气候变化对热带气旋的影响是多方面的有趣的是，全球热带气旋总数并未显著增加，但其性质正在发生变化海洋表面温度升高提供了更多能量，使得更多热带气旋能够发展为强度极大的超强台风或飓风研究表明，4-5级飓风（最强等级）的比例已经增加约14%另一个显著变化是热带气旋快速增强事件变得更加常见，24小时内风速增强30节以上的事件增加了35%这使得预警更加困难，增加了防灾减灾的挑战此外，热带气旋活动范围正在扩大，平均路径有北移趋势，这可能使一些过去较少受影响的区域面临新的风险中纬度气旋与气候变化温带气旋频率变化趋势全球微弱减少气候变暖背景下，全球温带气旋总频率有微弱减少趋势，减少幅度约为2-3%这可能与极地-中纬度温度梯度减小有关，减弱了锋面系统发展所需的能量强度变化特征极端强度事件增加尽管总数减少，但强度极端的温带气旋比例有所增加这与大气中水汽含量增加有关，为气旋提供了更多潜热能量，增强了系统发展潜力欧洲风暴路径变化北移与季节延长欧洲风暴路径整体北移约100-200公里，影响范围扩大冬季风暴季节也有延长趋势，早春和晚秋风暴活动增加，为欧洲北部带来更多风暴风险北美冬季风暴特征变化北美东部冬季风暴强度增加，尤其是沿海爆发性气旋（炸弹气旋）发生频率上升这些系统发展迅速，常带来强降雪和沿海风暴潮，影响范围广极端降水与气压系统低压系统与强降水的关系1低压系统的上升气流是强降水的主要来源温暖气候下水汽含量增加每升温1℃，大气保持水汽能力增加约7%短时强降水事件增加趋势全球平均增加12%，区域差异显著区域性极端降水案例近年来全球多地出现百年一遇洪涝灾害低压系统是极端降水的主要天气系统，其上升气流导致水汽冷凝形成降水在气候变暖背景下，大气保持水汽的能力增加（克劳修斯-克拉珀龙关系），理论上每升温1℃，大气可容纳的水汽增加约7%观测和模式研究均表明，全球大部分地区的短时强降水事件正在增加，平均增幅约为12%区域性极端降水事件频发，如2021年7月德国和比利时的破纪录洪水，2020年中国长江流域特大洪水，以及2022年巴基斯坦的灾难性洪灾这些事件往往与异常的气压系统配置有关，如切断低压系统、准静止锋面或异常增强的季风低压未来研究表明，在持续变暖情景下，小时尺度的极端降水事件可能增加更为显著热浪与阻塞高压阻塞高压定义与形成机制长期稳定在某区域的高压系统持续时间变化趋势平均持续时间增加

1.5天年欧洲热浪分析2003死亡超7万人，农业损失170亿欧元阻塞高压系统是大气中相对稳定的高压区，能够阻断正常的西风气流和天气系统移动，导致天气模式长时间停滞在气候变化背景下，阻塞高压的持续时间普遍增加，平均增加约

1.5天这种持续性增加与行星波传播特性的变化有关，可能与北极快速增暖导致的温度梯度减小有关2003年夏季，一个持续近两个月的异常稳定阻塞高压笼罩欧洲，导致创纪录高温，超过7万人死亡，成为欧洲历史上最致命的自然灾害之一2022年中国长江中下游地区也经历了历史性热浪，重庆连续高温日数打破全国纪录，这也与异常稳定的副热带高压有关气候模型预测，未来阻塞高压引发的热浪频率、强度和持续时间都将增加干旱与持续性高压系统高压持续与土壤水分蒸发正反馈机制放大干旱严重性阻塞高压导致持续晴朗少雨土壤干燥进一步增强高压系统2气候变化背景下高压持续性增强2011-2017年加州干旱分析干旱风险增加，影响范围扩大北太平洋高压异常增强导致持续性高压系统是干旱形成的主要天气系统，其下沉气流抑制云和降水形成，同时增加蒸发量当高压系统长期稳定在某一区域时，逐渐形成干旱条件更重要的是，这种干旱会通过土壤-大气相互作用产生正反馈土壤水分减少导致地表温度升高，增强高压系统，进一步减少降水，形成干旱-热浪复合灾害2011-2017年加州经历了有记录以来最严重的干旱，研究表明这与北太平洋高压异常增强和持续有关，使风暴系统转向北方，导致加州降水显著减少同时，增暖趋势加剧蒸发，使得干旱更为严重气候变化预测表明，未来中纬度地区干旱风险将增加，特别是在地中海气候区和大陆内部地区，这些地区高压持续性增强趋势最为明显冷空气爆发与极地涡旋极涡减弱与冷空气南下机制平流层突然增温事件频率每年北极快速增暖影响次

0.6当极地涡旋减弱或分裂时，原本被限制在北极地区增暖速率是全球平均的2-3倍，这高纬度的寒冷空气可以向南突破，侵入中平流层突然增温SSW是极涡减弱的重要种北极放大效应减弱了极地与中纬度的纬度地区这通常发生在极涡出现波状变触发机制，表现为极区平流层温度在几天温度梯度，可能导致极地涡旋不稳定性增形或分裂成多个中心时，形成所谓的极地内剧烈升高10-50℃SSW平均每年发生加，为寒冷空气南下创造条件涡旋崩溃约

0.6次，近年来频率可能有所增加，但年际变率较大大气环流型的长期变化纬向环流与经向环流比例变化气候变暖背景下，纬向环流（东西向）与经向环流（南北向）的相对强度正在变化中纬度西风带平均强度增加，但波动性也在增强，导致极端环流模态出现频率增加北极-中纬度遥相关加强北极海冰减少和快速增暖增强了北极地区与中纬度地区的大气遥相关联系这种联系在冬季最为明显，表现为北极海冰变化影响中纬度环流模态和极端天气事件行星波传播特征变化大尺度行星波是大气环流的重要组成部分，影响全球天气模式观测表明，行星波的振幅和波长正在变化，可能导致阻塞事件和极端天气频率增加大气环流稳定性与极端事件关系密切，气候变化背景下，中纬度环流的准共振状态出现频率增加这种状态下，行星波振幅增大且传播减缓，导致天气型持续时间延长，增加了极端事件风险研究表明，北极快速增暖可能是环流稳定性变化的重要驱动因素，但其作用机制仍存在较大不确定性气压系统与城市热岛效应高压系统

3.2低压系统

1.3过渡天气

2.1大气稳定度对城市热岛的放大作用显著，尤其在高压系统控制下高压系统的下沉气流和晴朗天气增强了地表与大气的辐射交换，且风速通常较小，减弱了热量扩散，使城市热量积累研究表明，高压系统下城市热岛强度平均增加2-3℃，远高于低压系统下的热岛效应气候变化导致高压系统持续性增强，进一步加剧了城市热岛效应同时，城市化也通过改变地表特性和人为热排放影响局地气压场，形成城市低压现象减缓城市热岛效应的策略包括增加城市绿化、应用反射材料、优化城市空间布局和通风廊道设计等，这些措施在高压系统控制期间尤为重要大气污染与气压系统关系高压系统与空气污染积累逆温层形成与稳定大气结构近地面浓度变化规律PM

2.5高压系统下的下沉气流和静稳天气条件有高压系统控制下，地表辐射冷却和高空下统计分析表明，PM

2.5浓度与气压系统有利于污染物积累稳定的大气层结抑制了沉增温容易形成逆温层逆温层像盖子明显相关性在高压脊控制期间，PM

2.5垂直混合，减缓了污染物扩散速度，同时一样阻止污染物向上扩散，是重污染事件浓度平均上升40-60%，而冷锋过境后可晴朗天气也有利于光化学反应，生成次生形成的关键条件冬季供暖期逆温现象更快速下降70%以上，表明天气系统变化是污染物为常见影响空气质量的关键因素观测技术的发展气象卫星监测气压系统演变新一代气象卫星提供了前所未有的全球观测能力，极轨卫星和静止卫星组成的观测网络实现了对气压系统的连续监测先进的红外和微波探测器能够提供大气温度、湿度和风场的三维结构，极大提升了气压系统监测能力多普勒雷达网络监测系统新一代双偏振多普勒雷达网络大幅提高了对中小尺度天气系统的监测能力雷达能够探测云中水滴运动速度和方向，为气象学家提供高时空分辨率的降水和风场资料，对理解气压系统内部结构至关重要自动气象站网络覆盖与数据质量全球气象站网络密度不断增加，自动化程度提高，数据传输更加实时地面气象要素观测是气压系统分析的基础，高密度观测网络为气象预报和气候研究提供了宝贵资料高空探测技术进步与应用无线电探空、飞机观测、风廓线雷达等高空探测技术不断发展，提供了大气垂直结构信息这些资料对理解气压系统的三维结构和演变规律至关重要，是数值模式同化的关键输入数值模式在气压系统预测中的应用85%13km预测精度提升全球模式分辨率500百帕5天预报准确率从70%提升至85%新一代全球模式水平分辨率达到13公里3km51区域模式分辨率集合预报成员数高分辨率区域模式可达3公里甚至更高主流集合预报系统包含51个预报成员数值天气预报技术在过去几十年取得了显著进步，气压系统预测能力大幅提升全球模式与区域模式不断发展，计算能力提升使得模式分辨率不断提高，参数化方案更加精细，大气物理过程模拟更加准确目前主要气象中心的全球模式水平分辨率已达10-13公里，区域模式分辨率可达数公里集合预报系统的发展使气象预报从确定性预报转向概率预报，更好地量化了预报的不确定性通过扰动初始场和模式参数，生成多个可能的预报情景，更全面地描述天气系统的演变可能性模式分辨率提高使得气压系统的结构细节、锋面系统和中尺度对流系统的模拟更加准确，为防灾减灾提供了更可靠的科学依据气候模式中的气压系统模拟CMIP6模式组气压系统表现评估第六阶段耦合模式比较计划CMIP6包含了全球数十个先进气候模式，这些模式在气压系统模拟方面整体表现较CMIP5有所提升，特别是在风暴路径和热带气旋模拟方面模式对阻塞高压模拟的局限性尽管有所进步，当前气候模式仍难以准确模拟阻塞高压系统的频率、持续时间和强度模式普遍低估阻塞事件频率和持续性，这是气候预测中的重要不确定性来源气候敏感度与气压系统变化不同模式对二氧化碳倍增的温度响应存在差异，导致对未来气压系统变化预测不一致高敏感度模式倾向于预测更大的气压系统变化，如更显著的风暴路径北移改进气候模式模拟能力的途径主要包括提高模式分辨率、改进物理过程参数化方案、增强模式耦合能力和改进初始化技术高分辨率模式能够更好地表现中尺度过程和区域性气候特征，但计算成本也大幅增加物理参数化改进需要更多观测资料支持，特别是云-辐射反馈过程需要更精确的描述模式之间的比较和评估是改进的重要手段，CMIP6等国际合作项目为模式评估提供了平台通过与观测资料对比，识别模式的系统性偏差，有针对性地进行改进此外，机器学习等新兴技术也正在气候模式中得到应用，有望进一步提高模式性能气压系统变化的归因研究自然变率与人为影响区分温室气体与气溶胶影响归因研究的核心挑战是区分自然气候变率与人为强迫影响气压温室气体和气溶胶是影响气压系统的两种主要人为强迫因子，但系统本身具有强烈的内部变率，如厄尔尼诺-南方涛动、北大西作用机制不同温室气体主导了全球增暖趋势，改变了大气热力洋涛动等，使得信噪比较低科学家通过长期观测记录和多组模结构和温度梯度，进而影响环流模式气溶胶通过直接散射辐射式模拟，应用信号检测与归因技术，逐渐识别出人为影响的信和间接影响云特性，对区域气候有显著调节作用号中国等地区减少气溶胶排放后，局地辐射强迫发生变化，可能影最新研究表明，某些大尺度气压系统变化，如副热带高压带扩响东亚季风和副热带高压系统同时，土地利用变化如城市化、张、风暴路径北移等，已可归因于人类活动，尤其是温室气体排农业活动扩张等，通过改变地表特性，也对局地气压系统产生影放增加所导致的全球变暖响未来气候情景下的气压系统变化全球变暖减缓情景下的气压系统恢复巴黎协定目标下的恢复可能如控制在

1.5-2℃内，部分变化可逆转持续变暖的不可逆转影响某些气候系统变化已超过临界点气候系统响应的滞后效应即使停止排放，变暖仍将持续数十年气压系统恢复的区域差异不同区域恢复速度和程度不同如果全球能够实现巴黎气候协定将温升控制在

1.5-2℃以内的目标，气压系统的某些变化有望得到部分恢复模式研究表明，在快速减排情景下，风暴路径的北移趋势可能在本世纪中叶趋于稳定，副热带高压带扩张也会放缓然而，某些气候系统可能已经越过临界点，即使温升停止，也难以恢复到工业化前状态气候系统响应存在显著滞后效应，主要受海洋热容量大和碳循环惯性影响即使立即停止温室气体排放，已排放的温室气体仍将在大气中存留数十年至数百年，继续影响气压系统气压系统恢复也存在显著的区域差异，如北极地区变暖可能持续更长时间，影响极地涡旋恢复；而热带环流对减排响应相对较快这种区域差异增加了适应规划的复杂性气候工程与大气环流平流层气溶胶注入对气压系统的海洋增白技术对大气环流的改变拦截太阳辐射技术的区域性效应潜在影响海洋增白技术通过增加海洋表面反照率来空间反射镜等拦截太阳辐射技术可能导致向平流层注入硫酸盐气溶胶以反射太阳辐减少吸收的太阳辐射这种方法会改变海区域性气候效应，如改变极地-赤道温度梯射是一种备受关注的气候工程技术模拟陆温差，可能导致季风系统强度变化，影度，进而影响大气环流强度和位置全球研究表明，这种方法可能降低全球平均温响副高位置和强度，改变降水模式特别模式模拟表明，这些技术可能导致区域降度，但会显著改变大气环流模式，如减弱是在热带地区应用，可能对全球尺度大气水模式的不可预期变化，带来新的气候风哈德利环流强度，改变热带和副热带降水环流产生显著影响险分布气候变化下中国气压系统变化特征东亚冬季风减弱趋势西太平洋副热带高压西伸与北抬1近50年强度减弱15-20%控制范围扩大，强度增强区域性极端天气气候事件变化青藏高原热力作用变化频率增加，强度增强热源强度增强约8%中国区域气压系统在气候变化背景下呈现出独特的变化特征东亚冬季风系统整体呈现减弱趋势，近五十年来强度减弱约15-20%西伯利亚高压面积和强度均有所减弱，冬季平均温度升高，冷空气活动频次和强度减少，但极端寒潮事件仍时有发生，表现出极端性增强的特点西太平洋副热带高压是影响中国夏季气候的关键系统，近年来呈现出明显的西伸北抬趋势，控制范围扩大，强度增强这一变化导致中国东部降水带北移，南涝北旱格局加剧，区域性暴雨和干旱风险增加同时，青藏高原热力作用在气候变暖背景下有所增强，热源强度增加约8%，影响东亚季风系统的建立和维持，对中国气候变化产生深远影响西太平洋副热带高压变化12%

3.2°面积扩大趋势北抬距离副高覆盖范围扩大约12%，影响中国气候区域扩副高脊线位置北移约

3.2°纬度，降水带随之北移大

5.8°西伸距离副高西伸点西移约

5.8°经度，影响范围扩大西太平洋副热带高压H的变化是影响东亚夏季气候的关键因素观测研究表明，近几十年H面积显著扩大约12%，强度整体增强其西伸点西移约

5.8°经度，脊线北移约

3.2°纬度，这种西伸北抬特征导致控制区域扩大，持续时间延长，对东亚夏季风和降水格局产生重大影响副高变化的可能机制包括热带印度洋-西太平洋海温增暖、海陆热力差异变化、青藏高原热源增强等这些因素通过大气波动传播和遥相关作用，共同影响副高的位置和强度未来预测表明，在持续变暖背景下，H的西伸北抬趋势可能持续，但不同模式间存在较大不确定性，这是区域气候预测的重要挑战之一东亚季风与气压系统互动季风爆发与副热带高压季节性变化东亚夏季风爆发通常伴随西太平洋副热带高压的季节性北跳，两者互为因果季风爆发时间近年来呈现推迟趋势，平均推迟3-5天季风雨带推进与阻滞现象季风雨带随着副高脊线北移而北进，但近年来雨带阻滞现象增多，导致区域性持续性强降水增加，如长江中下游梅雨期延长季风暂歇与气压系统变化季风暂歇期通常与副高北退或西伯利亚高压南侵有关，暂歇现象频率和持续时间变化影响夏季降水分布4气候变暖对季风演变过程的影响气候变暖导致陆地和海洋增温不均匀，改变了海陆温差和气压梯度，进而影响季风强度和时空分布东亚冬季风变化西伯利亚高压强度变化趋势近30年减弱约10%，冬季整体变暖冬季风爆发时间推迟现象平均推迟5-8天，冬季缩短趋势寒潮过程变化特征3频次减少，但极端强度增加东亚冬季风系统是影响中国冬季气候的主导系统，其强度变化直接关系到冬季温度分布和极端寒潮事件观测研究表明，近30年来西伯利亚高压整体强度减弱约10%，面积收缩，与全球变暖和北极快速增暖密切相关这种减弱趋势导致东亚冬季风整体减弱，中国冬季平均气温升高，冬季长度缩短冬季风爆发时间呈现明显推迟趋势，平均推迟5-8天，结束时间提前，使得冬季实际长度缩短寒潮过程整体频次减少，但年代际波动明显，区域差异显著尽管冬季风整体减弱，但极端寒潮事件仍时有发生，且极端性和破坏力可能增强，如2008年和2016年南方冰雪灾害，以及2021年初北方极寒事件，反映了气候变化背景下冬季气候的复杂性青藏高原与大气环流高原热力作用对亚洲季风的影响高原热源变化与生态系统反馈青藏高原作为世界第三极，其巨大的隆起地形和热力作用对亚气候变暖背景下，青藏高原热源强度整体增强约8%，但空间分洲季风系统具有决定性影响夏季，高原强烈加热形成热低压，布不均高原增暖速率高于全球平均，雪线上升，积雪覆盖减与海洋上的高压形成气压梯度，驱动季风环流高原还能阻挡和少，导致地表反照率降低，吸收更多太阳辐射，形成正反馈循分流大气环流，改变大气波动传播路径环高原东部和南部热源增强尤为显著研究表明，青藏高原是亚洲季风系统存在的必要条件，如果没有高原生态系统的变化进一步影响区域气候高原植被覆盖增加，高原隆起，亚洲季风强度将大幅减弱，甚至可能不存在高原上通过蒸散改变地表能量平衡；冰川退缩和永久冻土融化释放温室空的南亚高压是东亚夏季气候的重要系统，其强度和位置变化影气体，增强温室效应这些复杂的相互作用机制是当前研究的热响着东亚夏季风的强弱和空间分布点和难点，对理解亚洲区域气候变化至关重要中国极端降水与气压系统西南涡与四川盆地暴雨西南涡是发生在四川盆地及其周边地区的一种准静止性低涡系统，是西南地区主要暴雨天气系统近年来，西南涡强度和频率有所增加，与青藏高原东侧热力和动力作用增强有关，导致川渝地区极端降水事件增多江淮气旋与梅雨锋暴雨江淮气旋是梅雨期间重要的降水系统，常在梅雨锋上发展形成观测表明，梅雨锋位置有北移趋势，且梅雨期持续时间在部分年份明显延长，如2020年长江中下游地区梅雨期长达37天，远超正常年份，导致特大洪水台风残余环流与华南暴雨台风或其残余环流与其他天气系统相互作用，常在华南及沿海地区引发极端降水气候变化背景下，台风路径北移和强度增加趋势导致影响范围扩大，与中纬度系统配合产生的怪异降水增多华北

7.21特大暴雨成因分析2012年7月21日北京特大暴雨是中尺度系统与大尺度环流异常共同作用的结果，副高异常偏北，配合冷空气南下，形成强对流条件类似天气背景下的极端降水风险在气候变暖背景下增加中国干旱事件与气压系统西北地区持续性高压与干旱华北夏季干旱成因机制西南春季干旱与海温异常西北地区干旱主要与大尺度持续性高压系华北夏季干旱主要与副热带高压北抬、东西南地区春季干旱与印度洋-太平洋海温异统有关该地区位于副热带高压带北缘，亚夏季风减弱以及太平洋年代际振荡位相常关系密切拉尼娜事件衰减期，太平洋气候变暖导致高压带北扩，使得原本就干变化有关1990年代末以来，华北地区夏中东部冷海温与印度洋暖海温共同影响大旱的西北地区干旱风险进一步增加近年季降水整体减少，地下水位大幅下降，农气环流，导致西南地区春季降水偏少来，西北干旱区范围呈扩大趋势，春季沙业和生态系统面临较大压力2009-2010年西南特大干旱就是典型案尘暴事件也有所增加例中国热浪事件与气压系统中国冷空气活动变化气候变暖背景下，中国冬季冷空气活动表现出明显变化特征统计数据显示，冬季冷空气过程频次近50年来减少15-20%，特别是强冷空气过程减少明显，这与西伯利亚高压减弱和北极快速增暖有密切关系冷空气强度整体减弱，平均增温幅度扩大，但极端强冷空气过程仍然存在，且相对强度可能增强冷空气影响范围南界总体呈北移趋势，南方地区受影响频率减少与此同时，暖冬现象频发，尤其是2000年以来，全国范围暖冬发生频率明显增加异常暖冬通常与极地涡旋异常、北极涛动正位相以及厄尔尼诺事件有关尽管全球变暖背景下冷空气活动整体减弱，但由于北极增暖导致的极地涡旋不稳定，短期极端寒潮事件仍可能发生，体现了气候系统的复杂性气候变化与中国区域性气候风险37%25-30%48%南涝北旱加剧极端事件增幅复合灾害风险南北降水差异增大37%，区域不平衡加剧极端天气气候事件频率增加25-30%气象灾害链与复合灾害风险增加48%气候变化导致中国区域性气候风险格局发生重大变化南涝北旱格局加剧，华北地区降水持续偏少，江南和华南降水增多，区域水资源分布不平衡加剧这种格局主要由西太平洋副热带高压北抬、东亚夏季风减弱以及水汽输送通道变化共同导致，对农业生产和水资源管理带来严峻挑战极端天气气候事件频率显著增加，如极端降水、高温热浪、强台风等，增加幅度达25-30%更值得关注的是，气象灾害链与复合灾害风险大幅上升，如高温-干旱-森林火灾链，暴雨-滑坡-泥石流链等，灾害链效应使得灾害破坏力成倍放大针对这些风险变化，需制定区域性适应策略与减灾措施，包括完善极端事件预警系统、加强基础设施韧性建设、调整农业生产结构等，减轻气候变化不利影响气压系统变化对生态系统的影响物候期变化与大气环流生态系统生产力对气候极端天气事件对生态系异常波动的响应统的冲击气候变暖导致植物春季物候生态系统净初级生产力极端天气事件对生态系统造期提前，秋季物候期推迟，NPP对气候波动的响应因成严重冲击，如2008年冰雪但区域差异明显春季西伯区域和生态系统类型而异灾害导致中国南方森林大面利亚高压减弱和极地涡旋异中国北方草原NPP与降水高积受损，2010年西南干旱导常，使得暖空气更早影响中度相关，对干旱极为敏感；致植被大面积死亡，2022年国，促使植物提前返青发南方森林则对极端高温更敏长江中下游热浪导致湖泊水芽华北和东北地区春季发感副热带高压异常会导致华暴发这些事件往往与异芽期平均提前5-8天区域性NPP显著波动常的气压系统直接相关生态脆弱区气候风险评估显示，青藏高原、西北干旱区和北方农牧交错带是气候变化影响最敏感的区域这些区域生态系统处于临界状态，对气候变化特别敏感例如，青藏高原生态系统对增暖反应强烈，冰川退缩、高寒草甸变化和生物多样性变化已经显著西北干旱区则面临荒漠化加剧风险，副热带高压带北扩导致的干旱风险增加进一步威胁当地脆弱生态系统气压系统变化对农业的影响气压系统预测的不确定性内部变率与外强迫作用多尺度相互作用的复杂性气候系统固有变率与人为影响的分离从微观到宏观尺度的复杂反馈机制减少预测不确定性的途径关键过程参数化的局限性多模式集合与观测约束相结合模式中物理过程描述的简化与误差气压系统预测面临多重不确定性来源首先是内部变率与外强迫作用难以分离，气候系统本身存在强烈的自然波动，如ENSO、PDO等，这些变率模式与人为气候变化信号叠加，使得归因和预测变得复杂其次，气候系统存在多尺度相互作用，从微观云滴过程到大尺度环流模式都相互影响，这种复杂性难以被完全捕捉关键过程参数化是模式中的重要不确定性来源，如云物理、边界层和辐射过程等需要简化处理，不同参数化方案可能导致不同预测结果减少预测不确定性的主要途径包括发展高分辨率模式减少参数化依赖；利用多模式集合获取概率分布信息；加强观测约束，特别是利用古气候数据验证模式表现；发展数据同化和机器学习技术提高模式表现通过这些措施，气压系统预测的可靠性将逐步提高气压系统监测与预警体系中国气象监测网络经过多年建设已形成完善体系，包括地面气象站、高空探测站、气象雷达、气象卫星和闪电监测网等目前全国拥有约2500个国家级地面气象站和近6万个区域自动站，基本实现了对全国气压系统的实时监测新一代天气雷达网建设显著提升了中尺度系统探测能力，全国已建成200多部新一代天气雷达，覆盖了全国主要人口和经济区域精细化预报与智能网格预报系统是现代气象业务的重要发展方向，中国气象局建立了CAMS、GRAPES等自主数值预报系统，并开发了全国公里级网格预报系统，大幅提升了局地天气系统预报能力气象大数据与人工智能应用正在气象业务中广泛展开，深度学习、计算机视觉等技术用于雷达回波识别、台风路径预测和极端天气预警，显著提高了预警准确率和提前量，为防灾减灾提供了强有力的科技支撑总结与展望未来研究方向与挑战气压系统变化对区域气候的关键影响未来研究需要关注气压系统变化的归因问题、多尺度相互气候变化背景下气压系统主要变化特征气压系统变化对区域气候产生深远影响，如改变降水带分作用机制和预测不确定性降低特别是要加强极端事件的气候变化导致全球气压系统位置、强度和频率发生显著变布、增加极端天气事件频率和强度、影响生态系统和农业物理机制研究，提高预测能力；深入探索气候-生态-社会化主要表现为副热带高压带向极地方向扩张、风暴路径生产中国区域呈现出南涝北旱加剧、极端事件增多和复经济系统的耦合关系，为适应气候变化提供科学依据北移、极地涡旋不稳定性增加以及季风系统强度变化观合灾害风险上升等趋势，对社会经济发展和生态安全构成测和模拟研究均表明，这些变化趋势在持续变暖情景下将挑战进一步加剧气象科技创新是应对气候变化挑战的关键途径未来需要加强气象基础设施建设，如高分辨率雷达网络、新一代气象卫星和致密地面观测网络；发展先进数值模式和人工智能预报技术，提高气压系统预测能力；建设综合气象灾害风险预警平台，为精细化防灾减灾提供支持同时，气候变化适应和减缓行动需要更多科学支撑，气象部门应加强与生态、农业、水利、城建等领域协作，共同构建气候韧性社会只有通过科技创新和多部门协作，才能有效应对气候变化带来的风险和挑战，为可持续发展提供有力保障。