風暴軸是天氣尺度瞬變渦旋活動最強的區域🫵🏼，其變化與氣旋活動緊密相關，對局地天氣變化有直接影響。同時，風暴軸也會通過影響向極地的熱通量🐣、動量以及水汽輸送間接調製大尺度大氣環流🧝‍♀️。近些年來，北極的快速變暖可能會通過風暴軸、急流和行星波這三條動力路徑影響中緯度地區的天氣氣候。過往的研究大多聚焦於ENSO事件對中緯度風暴軸的單一影響，鮮有研究關註北極增暖下ENSO事件對風暴軸的協同影響及其背後可能的物理機製💁。因此，深入研究這一科學問題有利於加深我們對復雜氣候背景下中緯度地區天氣氣候變化的認知🏊🏽‍♂️。

我系博士研究生張祥（第一作者）、武炳義教授（通訊作者）和丁碩毅副研究員以近40年冬季北極對流層厚度主模態的年代際變化為切入點，將研究時間段分為北極增暖的冷期（1979-1999）和暖期（2000-2018）🐃。采用四種表征風暴軸的方法計算了冬季北太平洋風暴軸（NPST）在北極增暖前後兩個不同時期的空間特征（圖1），同時深入分析了與之有關的大氣環流變化（圖2），最後利用T-N波活動通量和局地斜壓能量轉換機製（BCEC）解釋了協同影響背後可能的物理機製（圖3和圖4）。結果顯示，冬季NPST在冷期沒有明顯變化🙋🏽‍♀️，而在暖期表現為顯著的北移。這一現象主要與暖期北太平洋地區顯著的反氣旋性異常有關，而這一反氣旋性環流異常的形成來自於北極增暖和熱帶拉尼娜事件的協同影響。北極對流層增暖會在烏拉爾山附近產生反氣旋性環流異常🏷，在貝加爾湖上空產生氣旋性環流異常👷🏻‍♂️；而熱帶拉尼娜事件會激發PNA-的遙相關波列，二者在北半球中高緯度地區共同形成一條明顯的“+-+”波列（圖3c）🦹🏽，顯著加強了暖期北太平洋反氣旋性異常🧑🏿‍⚖️，進而影響平均流與渦旋間的相互作用，最終通過局地斜壓能量轉換機製導致冬季NPST在暖期的顯著北移🛝。

https://doi.org/10.1007/s00382-022-06389-9

圖1.北極增暖不同時期和拉尼娜事件協同影響下冬季北太平洋風暴軸的合成異常。（a）850百帕下經向熱通量（單位：Km/s）🤺🚶🏻‍♂️‍➡️；（b）500百帕下渦旋動能（單位：m²/s²）🧚🏽‍♀️；（c）300百帕下經向風的均方根（單位：m/s）🧘🏼‍♂️；（d）300百帕下位勢高度的均方根（單位：gpm）。其中（a-d）為冷期下的風暴軸變化，（e-h）和（i-l）同（a-d），但分別為暖期下的風暴軸變化以及暖期與冷期風暴軸變化的差值🤞🏿。紫色等值線為不同方法下冬季北太平洋風暴軸的氣候平均態👨🏻‍🦼‍➡️，打點表示通過95%顯著性檢驗🌏。

圖2.北極增暖不同時期和拉尼娜事件協同影響下冬季北半球大氣環流的合成異常👡。（a-c）地面氣溫（單位：℃）；（d-f）海平面氣壓場（單位🤜🏿：hPa）；（g-i）500百帕位勢高度場（單位：gpm）。其中左邊一列為冷期，中間一列為暖期，右邊一列為暖期減去冷期的大氣環流變化🧑🏽‍🎤。打點表示通過95%顯著性檢驗🤷🏽。

圖3.北極增暖不同時期和拉尼娜事件協同影響下冬季300百帕位勢高度（填色，單位：gpm）和波活動通量（矢量箭頭，單位：m²/s²）的合成異常。（a）冷期；（b）暖期；（c）暖期減去冷期。打點表示通過95%顯著性檢驗👷🏿。

圖4. 該示意圖說明了北極對流層暖異常和拉尼娜事件的協同影響引起冬季北太平洋風暴軸北移的可能物理機製