山区降水因过程复杂、空间差异显著，一直是水文气象学和全球变化研究中的重点与难点。虽然卫星遥感、地面雷达反演以及再分析降水产品不断发展，但在复杂山区，这些产品仍普遍存在空间分辨率不足、不确定性较大等问题。高代表性、高密度、长时间序列的地面降水观测资料依然十分稀缺，如何在通达性差、地形复杂的山区科学而经济地布设降水观测站点，始终是国际研究关注的重要问题。

针对上述问题，清华大学地球系统科学系陈德亮院士课题组开展系统研究，提出了基于降水海拔梯度特征和土地利用异质性特征的山区降水观测网络设计方法。研究首先评估了多套主流网格降水产品在山区的适用性，发现多年平均降水量在山地区域的产品间差异明显高于非山区，青藏高原、天山和安第斯山脉等区域尤为突出，表明山区仍是全球降水观测和产品优化中的薄弱环节。

在此基础上，研究从气象学和地理学视角提出，站点降水量可分解为水平地带性分量（Ra）、垂直地带性分量（Rb）、非地带性分量（Rc）及其交互作用分量（Rd）（图1公式）；并进一步指出，在面积约为 2000—20000 平方公里的中尺度流域内，降水随海拔变化的多时间尺度特征是认识复杂山区降水过程的关键。基于这一认识，团队在全球尺度识别出具有明显降水海拔梯度特征的中尺度山区流域，并利用海拔—降水抛物线回归模型（图1 a-b）将其划分为六种类型（图1 c-h）。结果显示，全球共有 5024 个中尺度山区流域具有显著降水海拔梯度特征，占全球山地面积的 63.9%。

基于上述发现，研究进一步提出以中尺度流域为基本单元的分级布站思路：先按照海拔梯度进行基础布站，用于刻画流域降水的整体特征，再结合流域内非地带性土地利用类型分布进行加密观测，以捕捉局地降水差异。该方法可概括为“以中尺度流域为单元，分级布站，先整体、后局地”。研究估算表明，若按这一方案在全球 5024 个目标山区流域开展观测网络建设，共需约 6.4 万个站点（图1 i），即可基本满足中尺度山区降水过程的地面观测需求，整体建设成本具有较强可实施性。该研究为提升山区降水观测的时空代表性和经济性提供了新思路，也为山地水文气象观测体系优化提供了科学支撑。

图1 全球山区降水观测网络科学设计方案图。（a-h）中尺度山区流域降水海拔梯度分型方法。(a-b)表示抛物线拟合的一般形式；(c-d)代表两种正相关型，(e-f)代表两种负相关型，(g-h)代表两种混合型。（公式）站点单次降水事件降水量的概念模型。（i）中尺度山区流域单元（MMBU）建议布设的最少降水观测站点数量。

相关成果以 “Designing precipitation networks from altitudinal gradient patterns in global mountain basins” 为题，发表于《气候变化研究进展》（Advances in Climate Change Research） 英文版杂志， 并入选当期封面文章。清华大学地球系统科学系博士后刘瑞顺为论文第一作者，陈德亮院士为通讯作者，中国科学院青藏高原研究所王磊研究员为共同通讯作者。合作者还包括清华大学地球系统科学系阳坤教授、中国科学院青藏高原研究所高姗副研究员和姚檀栋院士。该研究得到国家重点研发计划、第二次青藏高原综合科学考察研究和清华大学相关项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.accre.2026.02.007

供稿：刘瑞顺 陈德亮

编辑：王佳音

审核：张强