西亚是欧亚大陆陆地表面显著变暖的关键地区之一。西亚春季土壤温度异常会影响当地和其他地区的夏季气候，而其中一个关键过程就是春季土壤温度异常的持续。然而目前对于西亚春季土壤温度异常的持续特征及机理的认识尚不充分。基于此，NUIST陆气相互作用团队宋耀明副教授、马红云教授、陈海山教授及南京大学黄安宁教授基于再分析数据探究了西亚地区春季土壤温度异常持续的特征及相关机理，相关成果发表于《Climate Dynamics》。主要结论如下：
1. 春季西亚土壤温度异常的持续特征及对后期地表通量的影响
春季土壤温度异常的持续时间在ERA-Interim、ERA5-Land和GLDAS-CLSM 数据中表现出很好的一致性；与欧亚西部其他地区相比，西亚春季浅层土壤温度异常持续时间更长，部分地区春季土壤温度异常持续时间可达6个月以上（图1）。西亚春季土壤温度异常的持续会影响2-7个月后西亚的陆地表面通量（图2）。
图1 第一层土壤温度异常的持续时间的空间分布。第一、二、三列分别对应ERA-Interim、ERA5、GLDAS。第四列是ERA-Interim、ERA5和GLDAS的土壤温度异常持续时间的平均值。第五列是前三列的绝对值减去第四列后的平均值。样本量为41 年。
图2 春季土壤温度与后续土壤表层温度、感热通量、潜热通量、净长波辐射和净太阳辐射的相关。菱形网格区域表示相关系数达到 95% 的置信水平。
2. 春季西亚土壤温度异常持续的机理
首先，西亚、非洲北部等地区春季土壤温度异常的持续存在很大差异，数据分析显示该差异同春季土壤湿度异常的持续存在显著相关（图3和4）。在B区，春季降水量远高于夏季降水量，夏季降水量较少（图5），春季降水异常引起的土壤湿度异常在夏季难以消除，土壤湿度异常的持续导致了土壤温度异常的持续（图4）。
图3（a）为 4 月份第一层土壤中 ST 的持续时间。（b）为A 区、B 区和 C 区第一层土壤温度的空间平均值与后期第一土壤温度空间平均值间的相关系数。样本量为41 年，（b）中虚线为95% 的置信水平。
图4 同A区、B区和C区的4月土壤温度正异常相对应的4月到9月其他变量异常的t值。包括降水量（a）、4月至当月的降水减去蒸散的累积值（b）、第一层土壤湿度（c）和第一层土壤温度（d）。虚线对应95%的置信度。
图5 A区、B区和C区1979 年至2022年的平均降水量。
此外，西亚不同地区的土壤温度异常持续时间也存在很大差异（图 6a）。Reg1、Reg2和Reg3的土壤温度异常持续分别为5、0和 3 个月（图 6b）。分析显示这三个区域土壤温度异常的持续同春季降水异常导致的土壤湿度异常的持续有关，如图7所示。
图6（a）为4月第一层土壤中土壤温度异常的持续时间。（b）为4月第一层土壤温度与随后Reg1、Reg2和Reg3第一层土壤温度的相关系数的空间平均值。样本量为41 年。虚线对应于 95% 的置信水平。
图7 春季降水异常导致了春季土壤湿度异常的持续，进而导致西亚春季土壤温度异常持续的过程。E、R和T 分别表示蒸散量、降水量和气温。Corr(spring-R，SubsequentST)表示春季降水与随后的土壤温度之间的相关，而 Corr(spring-R，SubsequentSM)表示春季降水与随后的土壤湿度之间的相关。
3. 春季西亚浅层土壤温度异常信号在后期的再现
在西亚部分地区，春季浅层土壤温度异常信号在浅层土壤中消失后，经过几个月会再次在浅层出现（图8），基于CAECC方法（Contribution analysis equations of correlation coefficient）可证该现象同春季土壤温度异常信号在土壤中层和深层的持续有一定关系（图9）。
图8 第一层土壤温度与随后第一层土壤温度间的滞后相关系数的空间分布，彩色区域表示相关系数处于 95% 的置信水平。数据为ERA5-Land土壤温度数据，样本量为41年。蓝色、红色和黑色矩形区域分别为Case1、Case2和Case3，这些区域的春季浅层土壤温度异常信号会在一定滞后时间内在土壤浅层重新出现。
图9 春季土壤温度对后续土壤温度的解释方差。a、b和c分别为Case1、Case2和Case3。（d）为不同因子对后续第一层土壤温度的方差贡献从滞后1至7个月的平均值。（e）为3个case中各影响因子方差贡献的平均值。
相关论文信息：
Yaoming Song*, Hongyun Ma, Haishan Chen and Anning Huang. 2025: The persistence of spring soil temperature anomalies in West Asia and the possible mechanism. Climate Dynamics. DOI:10.1007/s00382-025-07684-x