近日中国科学院大气物理研究所肖子牛研究团队联合中国科学技术大学、加拿大达尔豪斯大学以及加拿大贝德福德海洋研究所等机构在国际期刊Atmospheric Chemistry and Physics在线发表了题为“Cross-Seasonal Impact of SST Anomalies over the Tropical Central Pacific Ocean on the Antarctic Stratosphere”的研究论文。该研究系统揭示了热带中太平洋海表温度异常对南极平流层环流的跨季节影响机制。该研究得到国家自然科学基金（42394123）等项目资助。

揭示热带海温影响南极平流层的新路径

南极平流层极涡是控制南半球气候变化的重要动力系统，其强度和结构变化会影响南半球中高纬度天气以及极地臭氧分布。然而，南极平流层变化的可预测性仍然有限，尤其是跨季节尺度上的影响机制尚不清楚。本研究基于1980—2024年ERA5再分析资料，系统分析了热带太平洋海表温度异常与南极平流层环流之间的联系。研究发现，当北半球冬季热带中太平洋（Niño4区）出现暖海温异常时，在随后的南半球冬季（7—9月）通常会出现南极平流层温度升高、平流层极涡减弱并向极区收缩和极地臭氧浓度增强。相反，当海温出现冷异常时，南极平流层则更容易出现降温并伴随极涡增强。

图1(a) 7–9月平均T10-30指数与1–3月平均海表温度之间的相关系数；(b) 12–2月平均Niño4指数与60°S–90°S平均的逐日温度之间的相关系数；(c)与(b)相同，但对应40°S–50°S平均的纬向平均纬向风。黑点表示通过95%显著性检验的区域。

关键动力机制

分析表明，北半球冬季热带中太平洋海温异常引起强烈的对流活动，通过激发太平洋—南美（PSA）遥相关波列并向南传播影响中纬度大气环流并增强准定常行星波。随着季节的演变大气环流异常还会引起南极阿蒙森海和罗斯海区域的海冰显著损失，海冰的损失持续至南半球冬季，进而维持行星波的强度，最终扰动南极平流层极涡和引起平流层增温。进一步的回归分析表明，结合冬季Niño4海温指数和PSA环流指数，可以解释约32%的南极平流层温度变化。这一结果表明，热带海温异常能够为南极平流层变化提供重要的跨季节前兆信号。该研究深化了对热带—极地气候遥相关机制的认识，为提高南半球气候预测能力以及理解南极平流层动力过程提供了新的科学依据。

图2 北半球冬季Niño4海温异常影响随后南半球冬季平流层增温的示意图。

【论文信息】

Zi, Y., Long, Z., Sheng, J., Lu, G., Perrie, W., & Xiao, Z. (2026). Cross-Seasonal Impact of SST Anomalies over the Tropical Central Pacific Ocean on the Antarctic Stratosphere. Atmospheric Chemistry and Physics, 26(3), 2117–2140. https://doi.org/10.5194/acp-26-2117-2026

【相关研究】

Zi, Y., Long, Z., Sheng, J., Lu, G., Perrie, W., & Xiao, Z. (2025). The Sudden Stratospheric Warming Events in the Antarctic in 2024. Geophysical Research Letters, 52(7). https://doi.org/10.1029/2025gl115257