90年代中期以后，东亚夏季降水发生了明显的年代际变化，主要降水型由三级子转变为以30oN为中心的南北振荡偶极子，即“南旱北涝”或“南涝北旱”。大量研究已经从海-陆-气相互作用和对流层内部动力学等角度探讨了这种旱涝格局的成因，并尝试进行预报。但到目前为止，无论是统计模型还是动力模式，对东亚季风降水型的预测仍是重大挑战，这意味着一些重要的因素或机制尚未得到充分理解和认识。例如，准两年振荡(热带10公里以上的纬向风)等中高层大气信号，这在大多数统计模型和动力模式中常常被忽略。
近日，我系周文教授团队和兰州大学田文寿教授团队合作在国际顶级期刊Nature Communications发表名为的《A stratospheric precursor of East Asian summer droughts and floods》研究，揭示了平流层准两年振荡对东亚夏季旱涝预测的应用前景及相关物理机制。本研究由国家自然科学基金基础科学中心项目“海-陆-气系统与北半球中高纬极端天气气候”（项目号42288101）资助完成，第一作者为我系张如华青年副研究员，通讯作者为周文教授。
平流层准两年振荡（QBO）是热带平流层纬向东西风交替下传的一种现象，其平均周期约为28个月。为了维持动量和热成风平衡，QBO会在热带和副热带之间激发出次级环流圈，该次级环流圈逐渐下传至上对流层区域，同时将纬向风异常带到副热带上对流层。副热带纬向风变化扰动东亚上空Rossby波源，激发上对流层波流反馈并放大QBO的影响，导致东亚上空出现气旋式环流异常。环流异常进一步调节温度平流、垂直速度和水汽输送，最终东亚降水出现以30oN为中心南北振荡的偶极子。
研究团队基于QBO指数和传统海温信号构建了统计预测模型，并诊断了QBO对东亚降水南北振荡偶极子的相对贡献。结果表明该模型可以解释东亚南北振荡降水型方差的75.8%。2020年和2021年7-8月“南旱北涝”模态的30%归功于QBO，模型可以提前至少3个月预测夏季7-8月份旱涝分布。这一结果表明，QBO在东亚夏季降水变化中具有关键作用，利用热带平流层大气进行夏季季节预测具有良好的前景。
图1：QBO-海温影响东亚降水机理示意图及季节预测效果
论文信息：
Zhang, R., Zhou, W., Tian, W.et al. A stratospheric precursor of East Asian summer droughts and floods. Nat Commun 15, 247 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-023-44445-y
