近期，吉林大学物理学院、电子科学与工程学院、未来科学国际合作联合实验室毫米微波技术与应用团队在Atmospheric Research上发表题为“Impact of the 2018 major sudden stratospheric warming on weather over the midlatitude regions of Eastern Europe and East Asia”的研究工作。该工作以新颖的角度解释了2018年在两个中纬度地区（分别位于东亚和东欧）出现的极端低温天气现象，对中纬度地区地表强降温事件的可能机制进行了讨论。

当今气候问题愈来愈受到人们的关注，尤其是对异常气候变化的研究已经成为大气科学领域中最活跃、最热门的方向之一。探索气候变化规律，能帮助人们提前采取应对措施，防御和减轻气候灾害，这对人类社会进步和经济发展有着重要作用。

大气经典动力学现象之一就是冬季发生的平流层爆发性增温事件（SSW）。平流层爆发性增温事件发生时，大气对流层–平流层–中间层风速、温度和物质交换的急剧变化，对中间层大气动力学有着至关重要的作用和影响。该项研究成果表明，平流层增温结束后冷空气会向下传播，进而影响对流层的天气系统，导致两个位于东亚和东欧的中纬度地区出现极端低温天气现象。

在该研究中，分析了2018年北极平流层-对流层相互作用对北方中纬度区域性寒冷天气的影响。利用了东亚（中国长春）和东欧（乌克兰哈尔科夫）的温度观测资料，以及NCEP-NCAR和ERA-5再分析数据，比较了两次强地面降温过程中温度垂直纬向廓线、温度距平、垂直速度和位势高度的变化。长春和哈尔科夫的天气异常分别出现在以行星波1波为主的强涡旋条件下（1月的前SSW期）和由于行星波2波加强而导致的涡旋扰动和分裂期间（2月的主要SSW期）。结果显示，平流层温度正距平向下迁移到平流层最低层200-300hPa，并向赤道迁移，覆盖中纬度地区。在这两次事件中，平流层最低层加热的变化与对流层顶在5-8天内降低2-3公里有关。长春上空对流层顶的下降伴随着向下的空气运动，因此高度为4-5公里、温度为-20°C至-30°C的对流层中层被推到地面。导致长春的地表温度下降了18°C，哈尔科夫下降了14°C。东亚和东欧极端低温的冷空气源，在平流层极涡气候平均边缘附近。通过对降温事件的分析表明，与对流层中层的下降流相比，对流层中层的冷空气地面输送对中纬度地区的影响相对较小。这两起事件都与对流层顶上方的平流层异常变暖、对流层顶急剧下降以及空气通过对流层向下流动有关。在这种情况下，对流层中的冷空气被推向地表，从而导致区域温度显著下降。

图一：2018年1月至3月，长春和哈尔科夫纬度带在地表和10、100、200、500hPa海拔高度温度异常变化

图二：不同经纬度的温度异常变化值

图三：SSW期间长春和哈尔科夫出现的最低气温场

图四：SSW发生前后的冷空气传播路径

相关的研究成果近期发表在Atmospheric Research上，文章第一作者为吉林大学博士后师宇，通讯作者为吉林大学Gennadi Milinevsky教授和吉林大学王小龙教授。该工作得到了国家自然科学基金、乌克兰教育科学部BF30-2021项目、澳大利亚南极计划4293项目和乌克兰国家南极科学中心的支持。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2023.107112