近日，国际知名期刊Environmental Research Letters在线发表了海洋动力-物理环境与智能感知全国重点实验室/海洋与大气学院最新研究成果“Nonlinear responses of the winter Warm Arctic-Cold Eurasia pattern to multi-year La Niña”（冬季暖北极-冷欧亚型对多年拉尼娜的非线性响应）。该成果第一作者和通讯作者为海洋与大气学院罗彬禾副教授。
近年来，全球极端天气事件频发，尤其是冬季欧亚大陆的极寒天气与北极地区的异常增温并存，形成所谓的“暖北极-冷欧亚”（Warm Arctic-Cold Eurasian; WACE）现象，受到科学界与公众的广泛关注。这一格局与大气阻塞活动密切相关，而热带太平洋的拉尼娜事件被认为是影响其变化的重要外强迫因子。然而，拉尼娜事件的持续时间—究竟是单年、双年还是三年—会严重影响WACE格局的强度与空间分布这一问题此前尚未被系统解决。
利用多套再分析资料、CMIP6气候模式数据以及CESM2“太平洋起搏器”集合模拟试验，首次系统揭示了冬季WACE格局对多年期拉尼娜事件的非线性响应机制。结果发现：双年拉尼娜事件通过乌拉尔-西伯利亚阻塞，会导致欧亚大陆中东部出现显著冷异常，形成典型的WACE格局。欧亚温度距平主要呈现出“弱暖北极-强冷欧亚”的非对称响应(图1b,e,h)；三年拉尼娜事件则主要表现为北极巴伦支-喀拉海明显增温，而欧亚大陆冷异常相对较弱，欧亚温度距平呈现出“强暖北极-弱冷欧亚”的非对称响应(图1a,d,g)；在单年拉尼娜条件下，乌拉尔阻塞活动偏弱，北极出现明显的增暖,而欧亚大陆几乎无明显冷异常。在这种情况下，WACE格局难以建立(图1c, f, i)。
图1. 基于三套再分析资料（ERA5、NCEP、20CRv3）的三类拉尼娜事件（三年拉尼娜、双年拉尼娜、单年拉尼娜）期间500 hPa位势高度场（等值线，单位：gpm）与地表2m气温异常（填色，单位：K）的空间分布对比。
这种非线性温度响应差异并非源于阻塞事件发生频率的变化，而是与背景纬向西风和经向背景位涡梯度（Meridional potential vorticity gradient; PVy）的大小不同密切相关。双年拉尼娜事件下，中高纬度PVy较弱，有利于阻塞维持更久、强度更强，从而增强冷空气向南输送。值得注意的是，尽管CMIP6模式整体上能够再现乌拉尔阻塞与WACE的关联，但其集合平均结果显著低估了WACE的强度，部分模式高估了对单年拉尼娜响应（图2）。这些结果进一步表明当前气候模式在模拟阻塞动力学及热带-极地遥相关方面仍存在系统性偏差。CESM2“太平洋起搏器”试验进一步证实，热带太平洋海温强迫是驱动这一非线性响应的关键因素。
图2. CMIP6历史多模式集合平均（MMM）中三类拉尼娜期间乌拉尔-西伯利亚阻塞（USB）事件的空间分布，以及在三套再分析资料和每个CMIP6历史模式中，三类拉尼娜事件下USB期间巴伦支-喀拉海（BKS）和中欧亚（CE）的逐日SAT异常。
该研究从非线性多尺度相互作用与阻塞动力学的视角出发，系统地研究欧亚大冬季陆气温对拉尼娜周期的非线性响应，其结果为理解多年期拉尼娜对北极-欧亚冬季气候的影响提供了新的思路，也为改进气候模式对极端冷事件的预测能力提供了机制支撑。随着在全球变暖下多年期拉尼娜事件频次增多，理解其对中高纬天气气候的影响机制，对于提升冬季极端温度事件的季节预测和区域适应能力有重要意义。
发表文章列表：
Luo, B., Zhang, X., Simmonds, I., Cohen, J., Kim, S. J., Yang, Y., & Gong, T. (2026). Nonlinear responses of the winter Warm Arctic-Cold Eurasia pattern to multi-year La Niña. Environmental Research Letters.
文章链接：http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aea86f