副热带西风急流（SWJ）是北半球大气环流的重要组成部分，表现为纬向环球尺度的西风大值带，伴有强烈的垂直和水平风切变。这种特征使得SWJ的变化对于风暴系统的移动，斜压气旋的生成，以及Rossby波的传播具有重要影响。在气候变化背景下， Fu et al. (2006)通过星载微波数据指出SWJ存在明显北推趋势，此后大量工作着力于分析SWJ北推背后的机理，这些研究分别强调了热力驱动和涡旋驱动（EMF辐合， EMF：涡旋动量通量）的重要作用。然而目前，对上述驱动因子的相对重要程度的认识还不清楚。

最近，中国科学院大气物理研究所生宸博士后，吴国雄院士，刘屹岷研究员，何编研究员，通过理论研究将SWJ分解为热驱分量和涡旋驱动分量，对上述问题进行了深入分析，相关成果发表在《Journal of Geophysical Research-Atmospheres》上，主要结果如图1所示。

研究结果表明：（1）在北半球冬季，纬向平均SWJ北推约为0.36°/10a（图1b），但哈德莱环流在北半球冬季却并未明显扩张，这意味着纬向平均SWJ可能与哈德莱环流边界在长期趋势上存在一定的分离。尽管哈德莱环流并未明显扩张，但其热带对流上升支和副热带下沉支强度明显增强，这造成了副热带地区明显的绝热下沉增温（图1a），显著改变了副热带的斜压性和稳定度；（2）副热带增温能够形成沿着SWJ南北两侧的偶极型子午向温度梯度异常。这种偶极型温度梯度可导致热驱分量在SWJ向极一侧增强而在向赤道一侧减弱，从而贡献于SWJ的北推（图1a），这一分量引起的SWJ北推大约为0.26°/10a（72%）（图1b）；（3）副热带增温还能够显著降低增温区上空的大气静力稳定度，通过减小斜压不稳定的临界风切变和临界波长，加强气候态EMF的向北输送，进而形成EMF在SWJ向极一侧异常辐合、向赤道一侧异常辐散的偶极型结构（图1）。这种EMF辐合异常的偶极型能够驱动地面风和非地转风，从而引起涡驱分量向极移动，大约为0.1°/10a（28%）。整体上研究结果显示，近40年来气候变化背景下，在纬向平均SWJ北推中，热驱分量占主要作用。

“气候变化背景下，冬季纬向平均SWJ的北推是多种机制共同起作用的结果，但找出背后的主控因子，对于我们理清研究思路很重要。”论文的作者说，“此外，在前期工作PVC（位涡环流）框架下（图2，Sheng et al., 2023），西风是不同纬度间相互作用的关键，纬向平均SWJ的北推很可能意味着北半球纬带间相互作用特征已经发生了一些改变”。

本研究得到了国家自然科学基金（42288101，42122035，42305057），中国科学院特别研究助理资助项目（2022000242），以及中国博士后基金（2023M733454）的共同支持。

图1 （a）北半球冬季纬向平均的SWJ北推示意图。黑色实线圆表示气候态SWJ，填色虚线圆表示SWJ趋势。黑色和红色曲线箭头表示EMF气候态和趋势。白色箭头表示下沉趋势。红色椭圆表示副热带增暖。虚线长方形表示哈德莱环流的趋势。EQ和NP分别表示赤道和北极。（b）北半球冬季热驱分量（红色柱）和涡旋驱动分量（蓝色柱）对纬向平均SWJ（灰色柱）北推的贡献。纵轴单位：°/10a。右侧阴影表示涡旋驱动的地面和非地转分量。

图2北半球PVC流动示意图。（a）高层西风异常情况。（b）高层东风异常情况。红蓝箭头表示穿过侧边界和上边界的PVC，灰色箭头表示高层纬向风异常，褐色圆球表示地球，椭圆填色表示涡度异常。（Sheng et al., 2023）

论文信息：

Sheng, C., Wu, G. X., Liu, Y. M., He, B. (2024). Roles of thermal forced and eddy-driven effects in the northward shifting of the subtropical westerly jet under recent climate change. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129, e2023JD039937. https://doi.org/10.1029/2023JD039937

参考文献：

Fu, Q., Johanson, C., Wallace, J., Reichler, T. (2006). Enhanced Mid-Latitude Tropospheric Warming in Satellite Measurements. Science, 312,1179-1179. https://doi.org/10.1126/science.1125566

Sheng, C., Wu, G. X., He, B., Liu, Y. M. (2023). Aspects of potential vorticity circulation in the Northern Hemisphere: climatology and variation. Climate Dynamics, 61, 5905–5913. https://doi.org/10.1007/s00382-023-06879-4