2021年7月，史无前例的极端降水袭击中国华北地区，造成严重洪涝灾害，导致重大人员伤亡，直接经济损失千亿元。朱志伟教授团队及其合作者利用统计诊断、数值模拟和历史回报的方法探讨了2021年整个7月华北极端强降水的气候背景，指出史上最暖的热带大西洋海温异常和史上最少的拉普捷夫海-东西伯利亚海海冰激发和调控的大气遥相关是产生华北异常降水的主要原因。大西洋增暖和北极海冰减少对华北降水正异常具有历史普适意义，研究结论可为未来准确预测此类华北极端降水事件提供参考，为决策者制定防灾减灾方案提供依据。
诊断分析表明：中心位于千岛群岛上空的异常反气旋是造成2021年7月华北史无前例强降水的直接原因。该异常反气旋南侧的偏东风将太平洋水汽源源不断输送至华北地区，中低空暖湿气流在太行山脉、伏牛山地形阻挡作用下辐合抬升，引起华北地区极端降水（图1）。中心位于千岛群岛上空的异常反气旋是中高纬度准定常正压罗斯贝波列的一部分，该波列源头可追溯至热带大西洋海温正异常。史上最暖的热带大西洋海温异常激发从北大西洋上空向下游传播的准定常罗斯贝波列，波列在东北大西洋上空分为南北两支，在贝加尔湖西南部至东北亚上空形成异常反气旋。这种大西洋海温-欧亚遥相关的关联性及2021年极端性，能够通过两者最大协方差分析的第一和第三模态共同揭示。同时，史上最少的拉普捷夫海-东西伯利亚海海冰激发局地异常反气旋，造成极涡分裂；新地岛和白令海上空的气旋异常重塑了准定常罗斯贝波列，进一步加强了中心位于千岛群岛上空的异常反气旋（图2）。利用前期大西洋海温和拉普捷夫海-东西伯利亚海海冰建立的季节预测模型能够模拟历史华北7月降水变率，也能重现2021年的极端性。
该工作强调了热带和北极下垫面气候强迫因子的共同影响在此类极端降水气候事件形成和预测中的重要作用，也特别论证了台风烟花在此次极端降水事件中不起主导作用。目前该工作已发表于美国地球物理学会权威期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》，受到国家自然科学基金基础科学中心项目（42088101）资助。
图1.（a）2021年7月降水异常空间分布（阴影，mm）。（b）2021年7月1日至31日华北地区逐日降水（绿色柱，mm/d，左y轴）和日累积降水（绿色实线，mm，右y轴）。（c）2021年7月垂直积分水汽通量异常（矢量，kg m−1s−1）及散度异常（阴影，10−5kg m−2s−1）。紫色星号代表郑州市，灰色阴影代表地形，红色轮廓为千岛群岛。（d）2021年7月32°–36°N纬向平均风场（矢量，m s−1）、比湿（阴影，g kg−1）和散度（等值线，10−5s−1）异常的垂直–经度剖面。
图2. 大西洋海温和拉普捷夫海-东西伯利亚海海冰异常影响2021年7月华北降水异常的机理示意图。黄色（红色）阴影表示大西洋增暖（拉普捷夫海-东西伯利亚海海冰减少）。绿色矢量箭头表示水汽通量方向。红色台风符号表示2021年7月20日台风烟花的位置。A/C字母表示反气旋/气旋异常的中心位置。
论文信息：
Liu, X., Zhu, Z., Lu, R., Miao, Z., Li, W., & Hsu, P. (2023). Unprecedented July rainfall in North China in 2021: Combined effect of Atlantic warming and Arctic sea-ice loss. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128, e2022JD038068. https://doi.org/10.1029/2022JD038068.
