哈德莱（Hadley）环流作为大气经向三圈环流的核心组成部分，对维持全球热量、水汽和角动量平衡起着重要作用。其中，西太平洋Hadley环流（Western Pacific Hadley Circulation, WPHC）是全球最强的区域性哈德莱环流，其变化对亚澳地区的降水分布、温度异常及台风活动等具有重要影响，是区域气候变化和预测研究中的关键环流系统。多套观测与再分析资料表明，自20世纪70年代末以来，北半球春季WPHC呈现显著增强趋势。然而，这一变化主要源于人为外强迫还是气候系统内部变率，以及其未来将如何演变，目前仍不清楚。

近期，中国科学院大气物理研究所和云南大学研究团队，利用多套大样本集合模拟和观测资料，系统揭示了近40多年来WPHC强度变化的成因及其未来演变特征，表明在近几十年环流增强过程中，由热带多海盆海表温度梯度主导的内部变率占据主导地位。相关成果以 “Recent strengthening of the Western Pacific Hadley Circulation driven by tropical inter-basin sea surface temperature gradients” 为题，发表在 Geophysical Research Letters上。

研究首先基于八套再分析资料确认了WPHC的观测变化，即自1979年以来，北半球春季西太平洋哈德莱环流强度呈现显著增强趋势，且各资料结果高度一致（图1）。进而，团队利用MPI-GE、CESM1-CAM5和GFDL-CM3等多套大样本集合模拟，区分了外强迫与内部变率的贡献。结果表明，由集合平均所代表的外强迫对近几十年WPHC的增强贡献有限，甚至在部分模式中呈现相反趋势，因而难以解释观测到的 WPHC 显著增强（图1）。

图1.  (a) WPHC 质量流函数的线性趋势（阴影）及气候态（等值线）。(b) WPHC 强度指数（WPHCI）距平时间序列，灰线表示其 9 年滑动平均。 (c)观测 WPHCI 趋势（绿色柱）及其平均值；CMIP6和三个大样本模式模拟得到的趋势（橙色柱），误差线表示模式间/集合内的不确定性范围。

图2.  (a–c) 分别给出了 MPI-GE（Max10–Min10）、CESM1-CAM5（Max5–Min5）和 GFDL-CM3（Max5–Min5）大样本模拟中，最强与最弱成员之间春季海表温度（SST）线性趋势的合成差异（阴影）。(d)观测春季 SST 线性趋势。 (e-f) 三套大样本模式共 160 个成员中，TWP–TEP、TWP–TIP 和 TWP–WNP SST 梯度趋势（横轴）与北半球 WPHCI趋势（纵轴）的散点关系图。

进一步分析发现，热带西太平洋与热带东太平洋、热带印度洋以及西北太平洋之间的三条关键海表温度梯度，在不同集合成员中与WPHC强度变化高度相关（图2）。这些海温梯度共同刻画了一种以西太平洋为中心的热带内部变率模态。当三条海温梯度由负位相向正位相转变时，对流层上层赤道—副热带之间的温度梯度增强，同时副热带地区的纬向风显著加强，从而有利于区域Hadley环流的加强。定量评估表明，上述三条海温梯度的位相转变可解释观测中约71%的WPHC增强趋势，显示内部变率在该过程中占据主导地位（图3）。在此基础上，研究进一步探讨了WPHC在未来几十年尺度上的演变特征。通过筛选历史阶段能够较好再现关键海温梯度演变的“高技巧”集合成员，对未来WPHC变化进行约束性预估。结果显示，WPHC在未来几十年内很可能出现减弱趋势（图4）。与此同时，该方法可使未来环流强度预估的不确定性降低 48.5%，显著提升了区域气候预测的可靠性。

图3.  (a) MPI-GE、CESM1-CAM5 和 GFDL-CM3 三套大样本模式中得到的 WPHCI 观测趋势（灰色）、调整后的趋势（Trend_Adj，绿色）、内部变率相关趋势（Trend_internal，橙色）以及外强迫趋势（Trend_F，蓝色）。(b–d) 三套大集合在调整前（绿色）和调整后（灰色）得到的 WPHCI 趋势的直方图及其拟合分布。

图4.  (a) 三套大样本共 160 个成员的原始趋势（灰色）和调整后趋势。 (b) 30 年滑动的 WPHCI 趋势（1979–2066），灰色和橙色曲线分别表示集合平均和高技巧集合成员（BM）的结果，阴影表示 ±1 SD；横轴表示 30 年时间段的结束年份。 (c) 基于 BM 得到的当前气候（绿色）和未来气候（橙色）条件下 WPHCI 趋势的直方图及其拟合分布。 (d) 与 (c) 相同，但针对全部 160 个集合成员。结果表明，未来与当前气候之间的差异在 BM 中具有显著性（p < 0.01），而在全部集合成员中则不显著。

该研究强调，热带海温梯度这一常被忽略的内部变率模态，对区域Hadley环流的年代际变化具有关键调控作用。相关成果不仅深化了对近几十年WPHC增强机制的认识，也为提升区域环流和气候的近期预估能力提供了新的思路和物理依据。论文第一作者为在读博士研究生徐玮倩，通讯作者为云南大学陈文教授和陈尚锋研究员。该研究得到了国家自然科学基金项目、云南省自然科学基金项目以及中国科学院大气物理研究所十四五规划青年项目的联合资助。

论文信息：

Xu, W.-Q., W. Chen*, S.-F. Chen*, 2025: Recent Strengthening of the Western Pacific Hadley Circulation Driven by Tropical Inter-Basin Sea Surface Temperature Gradients. Geophysical Research Letters, https://doi.org/10.1029/2025GL119527