平流层爆发性增温（SSW）是北半球冬季平流层极涡突出的异常现象。SSW发生后能够显著影响对流层天气和次季节气候异常，其影响时间甚至能够长达至60天以上。虽然SSW事件在总体上对对流层有着明显的影响，但事件个例之间却有差异，大约有三分之一的SSW事件发生后平流层异常信号下传不到对流层。目前对影响SSW事件地面响应的因素的认识仍然不足。
公司博士研究生杨鹏坤在鲍名教授和任雪娟教授指导下，利用ERA5再分析资料以及12个高顶的CMIP6模式的历史模拟资料揭示了前期的平流层状态对于极涡偏移型以及分裂型SSW事件的地面响应有明显但有区别的影响。研究成果以论文“Influence of Preconditioned Stratospheric State on the Surface Response to Displacement and Split Sudden Stratospheric Warmings”发表在美国地球物理联合会 (AGU) 期刊《Geophysical Research Letters》，研究得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金面上项目的资助。
该研究通过利用平流层上层极涡边缘的经向位涡梯度来诊断平流层的状态，发现前期强的位涡梯度能够通过减小局地的行星波负折射指数频率来促进SSW发生前平流层内行星波的向上传播。这种对行星波垂直传播的调制能够使得SSW事件在平流层上层出现更强的环流异常（图1右列蓝色），同时行星二波的增强使得分裂型SSW事件出现更明显的正压结构的即时下传影响（图1g和j蓝色）。另一方面，强的平流层前期异常本身还会在极涡偏移型SSW事件发生之前下传到对流层（图1a和d红色），影响对流层预先存在的环流变率，从而在一定程度上掩盖掉SSW事件发生后平流层内相反位相环流异常的下传影响（图1上两行的左列和中列对比）。
图1 前期平流层极涡边缘经向位涡梯度强（左）、弱（中）的SSW事件发生前后北半球环状模指数演变及两者差异（右）。(a)-(f)为偏移型SSW事件，(g)-(l)为分裂型SSW事件；第一、三行为ERA5结果，第二、四行为CMIP6多模式平均结果。
该研究表明前期平流层自身的状态对SSW事件地面响应有重要影响，并且能够部分解释SSW事件的强度与地面响应的程度并不匹配的原因。此外，前期有利的平流层状态对分裂型SSW事件发生后平流层异常信号正压、即时下传的促进作用，为理解极涡偏移型和分裂型SSW事件之间地面响应差异提供了新的认知思路。
论文信息：
Yang, P., Bao, M., & Ren, X. (2023). Influence of preconditioned stratospheric state on the surface response to displacement and split sudden stratospheric warmings. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL103992. https://doi.org/10.1029/2023GL103992