“暖北极-冷欧亚”模态是北半球中高纬冬季气候变异的主模态之一，呈多时间尺度变化特征。近十几年来，“暖北极-冷欧亚”前后冬位相反转增多增强，加大了对中低纬冬春季气候环境极端化的驱动力（尹志聪等，2025），包括极端冷暖、超级沙尘暴、野火等（Yin et al., 2022, 2024; Zhang et al., 2021）。“暖北极-冷欧亚”位相反转时，与之密切相关的北极冰-气过程以及对流层大气环流的完整图像已得到清晰认识。平流层极涡对“暖北极-冷欧亚”位相反转是否有影响？物理过程是怎样的？气候系统预测与变化应对全国重点实验室的尹志聪教授、张艺佳博士和徐邦琪教授与兰州大学、挪威卑尔根大学联合开展研究，发现平流层极涡形态转变可以有效触发“暖北极-冷欧亚”前后冬位相反转，相关成果发表在Nature Communications。
“暖北极-冷欧亚”前后冬位相反转时，在超前其大约25天，平流层极涡在北美-北大西洋上空也表现出显著的形态转变（图1）。当平流层极涡在北美-北大西洋上空由收缩转变为拉伸时，通过垂直波耦合和平流层异常信号的下传，触发Rossby波列向东传播，引起乌拉尔山高压强度在滞后平流层极涡形态转变的25天左右出现反转，从而造成北极-中高纬气温异常由前冬“冷北极-暖欧亚”向后冬“暖北极-冷欧亚”的位相反转。
图1.平流层极涡在北美-北大西洋上空的形态转变调控“暖北极-冷欧亚”模态前后冬位相反转的时间线和物理过程。
平流层极涡形态转变与“暖北极-冷欧亚”前后冬位相反转之间的联系在CMIP6模式以及CESM-LM大样本历史数据中均得到了有效模拟。进一步分析发现，涵盖整个平流层过程的高层顶CMIP6模式（层顶高度高于0.1hPa）对这一物理联系以及关键机制拥有更高的模拟能力，而低层顶模式则无法捕捉到两者之间的联系。这一差异可能来源于高层顶模式对平流层信号转变的强度模拟能力更强，从而能更好的模拟出平流层-对流层耦合过程以及乌拉尔山高压的强度转变。这一工作成果从平流层-对流层耦合的角度加深了对广泛受到关注的大尺度冷暖转换事件的理解。
除了平流层大气变异的驱动作用外，热带-副热带海温异常的协同影响也会显著调控“暖北极-冷欧亚”前后冬位相反转（Yin et al., 2023），两者分别可解释“暖北极-冷欧亚”反转强度的39%和20%。在上述因子的远程调控过程中，进一步发现乌拉尔高压和西伯利亚高压需同时反转才能驱动“暖北极-冷欧亚”位相反转，并且这一机制能否有效应用是制约动力模式对“暖北极-冷欧亚”反转模拟和预测的关键因素（Xu et al., 2024）。围绕“暖北极-冷欧亚”前后冬位相反转的机理，极端气候事件形成机理团队从北极平流层、热带海洋及对流层大气等多圈层的角度，形成了较为完整的认识。
论文信息：
Zhang, Y. J., Yin, Z. C., Tian, W. S.,He, S. P.,Hsu, P.-C., 2026. Stratospheric precursor induces wintertime phase reversal of the “warm Arctic-cold Eurasia” pattern.Nature Communications, 17: 3284.
系列论文：
Yin, Z. C., Zhang, Y. J., He, S. P., Wang, H. J., 2024. Warm Arctic-Cold Eurasia pattern helps predict spring wildfires burned area in West Siberia,NatureCommunications, 15: 9041.
Yin, Z. C., Zhang, Y. J., Zhou, B. T., Wang, H. J., 2023. Subseasonal variability and the "Arctic warming-Eurasia cooling" trend,Science Bulletin, 68(5): 528-535.
Yin, Z. C., Wan, Y., Zhang, Y. J., Wang, H. J., 2022. Why super sandstorm 2021 in North China?National Science Review, 9(3): nwab165.
尹志聪,张艺佳,许天宝, 2025.“暖北极-冷欧亚”模态的变化及其气候环境效应,大气科学, 49(4): 1011−1019
Zhang, Y. J.,Yin, Z. C., Wang, H. J., He, S. P., 2021. 2020/21 Record-breaking Cold Waves in East of China Enhanced by the 'Warm Arctic-Cold Siberia' Pattern,Environmental Research Letters,16: 094040.
Xu, T. B.,Yin, Z. C., Zhang, Y. J., Zhou, B. T., 2024. Identification of shortcomings in simulating the subseasonal reversal of the warm Arctic–cold Eurasia pattern,Geophysical Research Letters, 51(3): e2023GL105430.
