JGR Atom. & CD: 发现影响平流层爆发性增温趋势和年代际转折的重要因子

平流层爆发性增温（SSW）是北半球平流层大气环流中突然增温的一种现象，平流层爆发性增温期间，极涡发生的剧烈扰动常给欧亚大陆和北美地区带来寒潮，其变化近年来引起了公众和新闻媒体的广泛关注。由于强爆发性增温状态下开展的数值预报可为对流层天气预测提供2周以上（“次季节尺度”）的参考，因此平流层爆发性增温受到科学界的重视。

目前平流层爆发性增温的趋势和年代际变化预测仍是一个科学难题，但由于平流层爆发性增温的年际变率很大，有卫星观测应用之前平流层资料又相对缺乏，因此平流层爆发性增温趋势存在很大的不确定性。

复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院的李元朴博士和温之平教授发现对流层太平洋北美遥相关（PNA）和西太平洋遥相关(WP)的组合与冬季平流层爆发性增温的总持续时间存在紧密的联系。伴随着1980年前后该遥相关组合发生的年代际的变化（图1），平流层爆发性增温的频数，强度和持续时间也发生了显著的变化（图2）。该研究结果增强了再分析资料研究所得平流层爆发性增温变强结论的可信度。

图1 (a)不同时期 PNA和 WP组合的四象限图（不同颜色表示不同时期）。 (b) +1(-1)代表+PNA&+WP(-PNA&-WP), 曲线是遥相关组合的时间序列11年移动平均。蓝线依据NCEP数据和RPCA方法得到的遥相关，橙色线依据JRA数据和逐点方法得到的遥相关。

图2 1948-1982和 1983-2017 期间（a）SSW持续时间，（b）SSW强度，以及（c）强SSW频数。蓝色表示根据 NCEP计算得出的。绿色表示根据从1958年到2017年的JRA55计算得出。橙色表示根据1948-2017的+PNA&+WP和-PNA&-WP的频数以及后卫星时期不同遥相关组合与SSW参数之间的关系估计的变化。强增温频数采用Charlton and Polvani (2007)和Kim(2017)两种方法计算。

进一步研究发现，平流层爆发性增温的年代际变化除了受到遥相关等大气内部的变率的影响外，很大程度上还受到热带中东太平洋区域对流活动的影响（图3）。研究表明，用爆发性增温持续时间替代爆发性增温频数研究其变化趋势，可以克服爆发性增温高年际变率带来的不确定性。由于气候平均的热带中东太平洋对流活动较弱，其对流作用往往被人们所忽视。然而，该处最近70年对流活动增加了20%左右，对冬季北半球平流层的气候变化具有重要的影响。

图3 (a) 1948-2003年热带太平洋地区冬季云量趋势（单位：10-3 okta/yr）。黑点区域的趋势在95%的置信水平上具有统计显着性。方框的范围是[170°W - 110°W, 18°S -3°N]。（b）不同变量对爆发性增温持续时间趋势的贡献（单位：天/年）。NCEP表示从再分析数据得出的趋势。Cloud表示对流活动贡献的趋势。NAO表示北大西洋涛动的贡献。PC1和PC2分别表示冬季北太平洋海温的第一和第二主导模态的贡献。Solar表示太阳活动的贡献。

论文信息：

Li*, Y., and Wen*, Z. (2021). The influence of interdecadal changes in boreal winter teleconnections around the 1980s on planetary waves and stratospheric sudden warmings. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2021JD035341.

Li, Y., and Wen*, Z. Influence of tropical convective enhancement in Pacific on the trend of stratospheric sudden warmings in Northern Hemisphere. Clim Dyn (2021).

论文链接：

https://doi.org/10.1029/2021JD035341

https://doi.org/10.1007/s00382-021-06021-2