降水系统因形成机制的不同而展现出多样的形态特征。与传统基于单点观测的降水变化研究相比，降水系统的形态特征研究能够揭示更广泛的空间结构和演变规律，这对于提升全球降水响应全球变化的理解具有重要意义。然而，当前对于全球降水系统形态特征的研究还十分有限。

近日，发表在《美国气象学会会刊》的论文 “The Changing Morphology of Global Precipitation Systems during the Last Two Decades”，发现全球降水系统在过去二十年更趋于扁平化的形态特征。该研究使用了最新的全球降水观测计划（GPM）的多源融合卫星数据（IMERG），分析了2001年至2022年间全球降水系统形态的气候特征及其变化趋势，包括研究全球降水系统形态的地理分布和统计特征，探讨降水系统形态与系统尺度及系统平均强度之间的关系，分析不同尺度和强度下降水系统形态的演变。此外，研究还深入讨论了大气结构对降水系统形态的影响。

图1：使用椭圆来拟合全球降水系统， 2001-2022年全球降水系统平均(a)长短轴比、(b)方位角以及(c)拟合占比的地理分布。

研究结果显示，尺度较大的降水系统在形态上更趋于扁平化，而降水强度对降水系统形态的影响不显著。从地理分布来看，陆地上的降水系统形态较海洋上的更偏向圆形，呈现出明显的海陆差异。此外，受科里奥利力的影响，降水系统的方向分布在南北半球存在显著的对比。而在热带地区，降水系统形状更为规则，更可能形成组织化的对流系统。

图2：使用椭圆来拟合全球降水系统，全球降水系统(a1-3)长短轴比、(b1-3)方位角以及(c1-3)拟合占比的时间序列。*和 **分别代表通过了显著性小于 0.1和小于 0.05的检验。

使用20年的卫星降水数据量化了全球降水系统形态特征的变化趋势，研究结果表明，全球范围内的降水系统趋于扁平化。研究还发现，降水系统的形态受副热带高压、风场的侧向拉伸作用以及水汽输送的共同影响。此外，降水系统显著的扁平化趋势可能与大气稳定性增强和水汽输送的增加密切相关，表现为垂直发展受限、水平扩展增强的趋势。

本研究从降水系统形态特征的角度为全球变暖背景下的降水变化提供了新的见解，为未来应对极端降水天气和气候变化的挑战提供了新的视角和依据。

本文以地表过程与资源生态国家重点实验室为第一署名单位，论文第一作者为张彦博士，北京大学碳中和研究院王开存教授为论文的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目等的支持。

论文链接： https://doi.org/10.1175/BAMS-D-23-0106.1