近日，我院青年教师虞越越博士在国际权威期刊《Climate Dynamics》发表了题为“A stochastic model with a low-frequency amplification feedback for the stratospheric northern annular mode”的研究成果。北半球环状模（Northern Annular Mode, NAM）/北极涛动（Arctic Oscillation, AO）被认为是北半球对流层—平流层环流低频变率的主导模态，以温度、位势高度、气压/大气质量等变量场在极区和中纬度地区相反位相的纬向带状分布为主要特征。NAM/AO对北半球冬季天气气候具有重要而广泛的影响，近年来成为科学界关注的热点问题。
虞越越博士和美国佛罗里达州立大学Ming Cai教授等人应用全球大气等熵质量环流理论对极区平流层进行了质量收支分析，旨在揭示NAM的主要时间尺度及其与平流层其他时间尺度变率的动力和热力过程的内在联系。研究指出，极区平流层的大气质量（PSM）往往与平流层NAM呈反位相变化，可有效表征平流层NAM的变率。而PSM的变化又由两部分决定：绝热过程引起的向极质量通量（AMT）和非绝热冷却引起的从平流层向对流层的大气质量流失（DMT）。DMT与极区平流层质量一样，均为慢信号，其变化往往与PSM变化相反，帮助PSM恢复到气候平均状态。AMT的主要周期为为2周，主要由平流层低层的行星波西倾角快速变化引起，它决定了PSM的日倾向变化；AMT的一个较慢的变率则由行星波振幅变率所主导，行星波振幅又因波流相互作用与PSM之间存在1/4位相差的耦合关系。基于以上分析结果，建立了一个伴随低频反馈过程的随机线性模型，成功再现了PSM或NAM的主导变率。
极区平流层空气质量收支示意图
本研究成果对于全面认识平流层中不同时间尺度动力和热力过程的变率及其相互联系具有重要意义，为理解平流层-对流层耦合过程提供了新思路和参考依据。
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