平流层极涡是北半球冬季极区上空的一种大尺度环流系统，在平流层—对流层耦合中起着重要作用。除了热力作用，平流层极涡主要受到来自平流层下部—对流层上层行星波活动的影响，其强度和位置变化均与对流层环流演变有关。弱极涡事件期间平流层负环状模（NAM）信号有自上而下的传播趋势，对近地面的天气气候产生持续影响；相反，平流层强极涡事件期间NAM常呈现正位相并下传。从平流层向下传播的NAM信号通常先于对流层和近地面异常调整，为延伸期天气预报提供了可能性。

近期，我院中层大气研究团队的硕士研究生梁卓琦、饶建教授、郭栋副教授等人利用k-means聚类算法，根据北半球冬季平流层极涡的强度和位置，将平流层环流分为HI/HW, NAI/NAW, EUI/EUW六类（图1）。中层大气研究团队分类比较了不同强度和位置的平流层极涡对对流层环流和近地表气候的显著调节作用。三类强极涡事件和三类弱极涡事件期间，对流层环流型与平流层环流态有对应关系。统计结果还证实，强极涡HI型天气事件的频率在过去几十年呈下降趋势，弱极涡HW型天气事件则呈上升趋势。

此外，该研究还将平流层环流分型与对流层遥相关的联系作了分析（表1）。研究结果证实了平流层—对流层耦合在北大西洋涛动（NAO）/北极涛动（AO）对流层遥相关位相转变中的作用。对流层太平洋—北美型（PNA）对平流层极涡的移动有调节作用，欧亚型（EU）对平流层HI和NAW流型较为敏感。六类平流层环流型对应的降雨和地表气温异常也明显不同。最后，研究人员还探讨了平流层环流分型与平流层极端事件（强、弱极涡事件）的关系。平流层六类环流型的频率在强、弱极涡事件的不同演变阶段各异。以往对极端平流层事件影响的探讨中，可能混入了不同平流层环流型的干扰。该研究指出三类强极涡对应的近地面冷暖分布各异，三类弱极涡对应的近地面冷暖分布也不同。

图1 六类平流层环流分型合成图（a-f）及其对应的绕极西风（10hPa/60°N纬向风）合成沿纬圈分布。

表1 各类平流层环流形态总日数与冬季平均对流层遥相关指数的相关系数

该研究建立了平流层环流分型，并论证了6类分型对热带外温度和降水的可能影响，进一步提升了学界对平流层极涡影响的认识，成果目前已在《Climate Dynamics》杂志在线发表。

Liang, Z. Q., Rao, J.*, Guo, D., Lu, Q., and Shi, C., 2022: Northern Winter Stratospheric Polar Vortex Regimes and Their Possible Influence on the Extratropical Troposphere. Climate Dynamics, in press, doi:10.1007/s00382-022-06494-9.