近年來，全球極端天氣氣候事件頻發(fā)，從歐洲破紀(jì)錄熱浪、巴基斯坦特大洪災(zāi)，到我國長江流域持續(xù)高溫干旱，這些看似孤立的事件背后，往往與高空西風(fēng)急流的異常密切相關(guān)。

近日，海洋學(xué)院胡春迪研究員所在課題組在Nature Communications上發(fā)文：歐亞高空西風(fēng)急流的上下游一致性（UDZC）出現(xiàn)破紀(jì)錄增強(qiáng)，這一變化正在重塑北半球夏季的環(huán)流格局，并可能導(dǎo)致更廣泛、更同步的極端天氣氣候事件，如熱浪和干旱。

以往研究多關(guān)注急流的強(qiáng)度變化或南北擺動。然而，歐亞急流橫跨約120個經(jīng)度，其上下游急流強(qiáng)度變化是否步調(diào)一致，即本研究提出的上下游一致性（UDZC），卻長期被忽視。

論文提要

（1）過去20余年，歐亞急流UDZC協(xié)方差從不足10%躍升至超過60%，為近200年獨一無二的現(xiàn)象。

（2）急流的主導(dǎo)變率模式從“經(jīng)向位移”轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧舷掠螐?qiáng)度一致變化”，引發(fā)歐亞大陸上經(jīng)向三極型熱浪分布，環(huán)流調(diào)整波及整個歐亞大陸。

（3）創(chuàng)新提出了歐亞急流的UDZC增強(qiáng)與一種新型的波數(shù)為6的環(huán)北半球羅斯貝波——命名為“環(huán)球絲綢之路遙相關(guān)（CGSR）”——緊密相關(guān)，該遙相關(guān)的提出將北大西洋、歐洲、亞洲與北美的氣候異常串聯(lián)了起來。

（4）氣候模式預(yù)估顯示，隨著中緯度持續(xù)增暖，歐亞急流UDZC將進(jìn)一步增強(qiáng)，或加劇北半球氣候極端事件的同步風(fēng)險。

主要發(fā)現(xiàn)：從百年尺度看UDZC的破紀(jì)錄增強(qiáng)

研究利用多套再分析資料，追溯了過去200年（1806–2022年）歐亞急流UDZC的演變（圖1）。結(jié)果顯示：

（1）在過去200年的絕大部分時間里，急流上下游的協(xié)同性很弱，幾乎相互獨立。

（2）自20世紀(jì)70年代末以來，UDZC急劇增強(qiáng)。以1999年為界，前后兩段時期上下游指數(shù)的相關(guān)性從接近于0飆升至0.79。這一變化在2022年達(dá)到歷史極值，與當(dāng)年北半球破紀(jì)錄的極端高溫事件對應(yīng)。

（3）急流變率的主導(dǎo)模態(tài)發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變。此前，歐亞急流以“經(jīng)向偏移”為主；而近20余年，上下游同步的“強(qiáng)度協(xié)同變化”模態(tài)成為主導(dǎo)，即全歐亞大陸上空副熱帶急流同步增強(qiáng)、極鋒急流同步減弱。

圖1 歐亞急流UDZC前所未有的增強(qiáng)。

a.歐亞急流氣候態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)差，藍(lán)線和紅線對應(yīng)氣候態(tài)下歐亞急流西段（WJA）和東段（EJA）的急流軸。b.兩個急流軸強(qiáng)度指數(shù)。c.1806-2022多套再分析資料反映的UDZC演變

重要影響：重塑歐亞乃至北半球極端天氣格局

這種協(xié)同性的增強(qiáng)，正在深刻改變歐亞大陸的熱浪和干旱分布：

（1）在UDZC增強(qiáng)期，熱浪與干旱呈現(xiàn)顯著的“三極型”空間結(jié)構(gòu)，即當(dāng)歐亞急流一致增強(qiáng)時，高緯度和低緯度地區(qū)更熱、更干，而中緯度地區(qū)相對涼爽濕潤，這種模式在東亞地區(qū)尤為明顯。

（2）協(xié)同增強(qiáng)的急流強(qiáng)化了副熱帶高壓系統(tǒng)（如青藏高壓和西太副高），抑制了對流活動，并引導(dǎo)水汽向北輸送，從而在關(guān)鍵區(qū)域形成“熱穹頂”，加劇復(fù)合型干熱極端事件（圖2）。

（3）更關(guān)鍵的是，增強(qiáng)的UDZC激發(fā)出一支波數(shù)為6的“環(huán)球絲綢之路遙相關(guān)”波列（CGSR；圖3）。該波列起源于北大西洋東部，沿急流傳播，將西歐、東亞和北美西部串聯(lián)起來，導(dǎo)致這些地區(qū)同步出現(xiàn)熱浪和干旱。這意味著，歐亞急流的變化已不僅是區(qū)域性問題，而是能夠引發(fā)北半球尺度的氣候連鎖反應(yīng)。

圖2 UDZC增強(qiáng)前后歐亞急流對大氣環(huán)流的變化。

a.P1時段ESWJ指數(shù)對應(yīng)的青藏高壓（藍(lán)色）和西太平洋副高（紅色）的變化，以及急流軸以北局地波活動（LWA）的變化。b.P1時段ESWJ指數(shù)對應(yīng)的水汽通量（箭頭）和熱帶氣旋路徑密度的變化。c-d同a-b，但為P2時段的結(jié)果。

圖3 環(huán)流絲綢之路遙相關(guān)及其氣候影響。

a.P2時段ESWJ指數(shù)對應(yīng)的H200（填色）和V200異常（等值線），紫色箭頭為T-N波活動通量。b.ESWJ指數(shù)回歸的西歐凈有效溫度（NET）熱浪（填色）和SPEI（等值線）異常。c.同b，但為北美區(qū)域。

機(jī)理分析：大西洋海溫的強(qiáng)迫作用

采用最大協(xié)方差分析，揭示了年際變率尺度上東北大西洋海溫（2–8月）持續(xù)暖異常與夏季歐亞急流UDZC的耦合關(guān)系（圖4）。

圖4 跨季節(jié)MCA分析表明，前期春季至夏季的東北大西洋海溫持續(xù)增暖與歐亞急流UDZC增強(qiáng)在年際尺度上密切耦合。

未來預(yù)估：增暖背景下UDZC或?qū)⒊掷m(xù)增強(qiáng)

研究團(tuán)隊進(jìn)一步評估了CMIP6和CESM2大型集合模擬數(shù)據(jù)。盡管當(dāng)前多數(shù)氣候模式難以完全再現(xiàn)觀測到的UDZC激增過程，但通過篩選與觀測趨勢一致的模式發(fā)現(xiàn)：

（1）未來UDZC的增強(qiáng)幅度與北半球中緯度陸地和海洋的增暖幅度高度相關(guān)。增暖越強(qiáng)，UDZC增強(qiáng)越顯著。

（2）基于部分高信度模式的預(yù)估，未來半個世紀(jì)內(nèi)，歐亞急流上下游協(xié)同性將持續(xù)增強(qiáng)，意味著北半球跨區(qū)域的同步極端天氣事件可能更加頻繁、更具破壞性。

該論文第一作者為浙江大學(xué)海洋學(xué)院博士后林立飛，合作者還包括中國科學(xué)院院士陳大可，浙江大學(xué)吳仁廣教授，自然資源部第二海洋研究所連濤研究員，成都信息工程大學(xué)陳權(quán)亮教授，浙江大學(xué)海洋學(xué)院吳澤銘博士，中山大學(xué)楊崧教授。該研究的順利完成得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目、浙江大學(xué)海洋學(xué)院“種子基金”優(yōu)秀青年教師培育項目等基金的資助。

轉(zhuǎn)載自浙江大學(xué)求是新聞網(wǎng)