北极平流层极涡（APV）在平流层和对流层相互作用中扮演着重要角色。北半球APV通常在秋季形成，冬季达到峰值，春初逐渐衰退，其变化在1到3月间最为明显。例如，因臭氧损耗或平流层爆发性增温而导致的APV异常变化，会对北半球的地表气候产生重要影响。APV位相的变化与北极涛动（AO）和北大西洋涛动（NAO）密切相关，可导致中纬度对流层气候异常。APV异常造成的地表气候变化可能会滞后数天到数月不等，甚至还会影响北大西洋经向翻转环流（AMOC）以及厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）。

研究表明，南极平流层极涡变化主要受臭氧含量的影响，进而影响南半球夏季西风急流的趋势发生变化。而西风急流对区域气候，例如降水、澳大利亚野火、地表气温、海冰范围、风暴路径以及干旱区位置等均有影响。先前的研究发现，北极涛动和南极涛动在2月份可能存在跨半球的一致性变化。考虑到APV对北极涛动的重要影响，从而引出了一个重要问题：APV的显著变化是否可以跨越赤道，影响南半球的大气环流？

针对上述问题，北京师范大学系统科学学院谢飞、陈晓松教授团队联合多所高校和国家气象局相关学者开展了相关研究。研究发现了一种新的环流跨半球联系（图1），加深了我们对平流层-对流层相互作用的理解，因为传统上认为这种相互作用仅局限于单一半球内。作者指出，冬季APV的增强有利于对流层上层行星波从北半球中高纬度向赤道传输（图2）。在热带中太平洋和东太平洋“西风桥”的推动下（图2），这些行星波可以到达南半球的中高纬度地区。整个过程呈现出“半圆形通道”。到达南半球的行星波通过波流相互作用进而影响南半球环流，导致南半球西风急流中心向南偏移。急流的位置变化对应着副热带急流的减弱，极锋急流的增强，造成南半球夏季副热带降水增加，中纬度降水减少（图1）。相应地，APV的减弱可能会导致结果相反。该研究结果强调了APV对对流层大气的更为广泛的影响，补充了当前对该领域的认知空白。

图1:北极平流层极涡增强影响南半球的机制示意图。在APV增强的情况下，冬季增强的行星波活动从北半球对流层上层向赤道折射。这与热带“西风桥”的出现相辅相成，通过“半圆形通道”使行星波穿越赤道，影响南半球的中高纬度地区。随后南半球涡旋动量通量的增加导致西风急流和哈德莱环流南支向南偏移，进而导致南半球副热带地区降水增加，中纬度降雨减少。

图2:（a）2月200-300 hPa的纬向风场气候态以及（b）区域平均（180-60°W）的纬向风气候态。（c）2月纬向风EOF第一大模态的空间分布。（d）根据2月APV强弱事件（以正负一倍标准差区别）合成的E-P通量及其E-P通量散度异常。（e）1979-2022年2月强弱APV事件合成的三维波通量异常（Takaya和Nakamura，2001），使用的为ERA5数据。（f）同（e），但为JRA-55数据。

该论文以“Southern Hemispheric Jet Swing Linked to Arctic Stratospheric Polar Vortex”为题于2024年3月28日正式发表在Environmental Research Letters期刊上。该研究由北京师范大学牵头，联合大气物理研究所、中国海洋大学、兰州大学和国家气象局共同完成。北京师范大学系统科学学院谢飞教授为论文的第一作者，陈晓松教授为论文的通讯作者。该论文的研究得到了国家重点研发计划（2022YFF0801701）、国家自然科学基金（42122037, 42175080, 42305075）、陕西省自然科学基础研究计划（2022JM-142）的支持。

论文信息：

Fei Xie, Xuan Ma, Yanjie Li, Jianping Li, Xiaosong Chen, Wenshou Tian, Cheng Sun, Mian Xu, Jiankai Zhang, Ke Gui, Ruiqiang Ding, Yan Xia and Yingli Niu. Southern Hemispheric jet swing linked to Arctic stratospheric polar vortex. Environmental Research Letters, 19044053 (2024).

文章链接：https://dx.doi.org/10.1088/1748-9326/ad3460

供稿：马   旋

编辑：郝林青

审核：李   辉