不同热带海洋在平流层赤道准两年振荡减弱中的相对作用

头顶高空的风向转变

我们飞行所经过的喷气层上方的那层空气中的风，乍看与日常生活相距遥远，却默默地塑造着全球的天气与气候。本研究关注那里的一种关键风场——准两年振荡（QBO），并提出一个看似简单的问题：随着不同热带海洋以不同速率变暖，这种高空风的节律会如何改变——这又会对未来气候预报意味着什么？

一种温和但影响全球的风

QBO是在赤道上空约15–30公里高度环绕地球的风场以规律性方式来回转换的现象。每隔几年，这些风从东向西再由西向东切换，并在切换过程中缓慢向下滑动。尽管发生在我们头顶之上很远的地方，它会影响臭氧、水汽和其他气体在大气中的输运，并对冬季风暴、喷流乃至季节预报技巧产生影响。观测显示，近几十年该振荡在下层减弱并在上层形态发生变化，这引发了人们对全球变暖可能正在改变这一下层“大时钟”的担忧。

探查热带海洋的作用

当地球变暖时，有两件大事同时发生：大气中二氧化碳升高，热带海洋升温。早期研究表明，热带海洋变暖在导致QBO减弱方面起主导作用，但大多数研究把热带看作一个整体，假定所有海洋以相同方式变暖。实际上，太平洋、大西洋和印度洋的升温速率与模式各不相同。研究者使用能真实再现观测到QBO的高顶气候模式，设计了一组实验：一种情形下所有热带海洋同时变暖；另三种情形中仅对一个海盆（太平洋、大西洋或印度洋）施加变暖，而其他海盆保持中叶20世纪条件。这样的设计使他们得以分离出每个海洋的独立贡献。

不同海域，不同印记

模式显示，并非所有海洋对QBO的影响方向相同。热带太平洋的变暖引起的变化最为显著：交替出现的风带明显减弱且无法向下延伸，完整周期之间的时间几乎延长了一年。换言之，QBO变得迟缓且浅薄。印度洋的变暖略微削弱了QBO，但使风带更快地向下传递，从而缩短了周期。大西洋则有所不同：其变暖适度增强了QBO风速并加快了振荡。当三大洋同时变暖时，QBO最终表现为风速较弱但下降略快——与各海盆单独影响的合成效应一致——但整体效应较小，因为各海盆之间的温差被削弱。

热带加热如何牵动高空风

为什么各海盆行为差异如此之大？答案在于连接海面与平流层的波动和上升气流。热带雷暴产生各种大气波，这些波将动量向上传输，帮助维持QBO的交替风。与此同时，自下而上的缓慢上升气流会抵消风带向下滑动的趋势。模式中太平洋的变暖将强降雨从赤道移开，并增强跨太平洋的东西向环流翻转。这使得关键波难以到达平流层并使其在更高处破碎，导致较低层缺乏维持强烈、深层QBO所需的动量。相比之下，大西洋附近的近赤道降雨和较弱的翻转环流允许更多波能量到达并穿透平流层，从而强化振荡并帮助其更有效地下沉。印度洋和三洋同时变暖的情形介于两者之间，呈现较弱的波迫动，但上升流的变化又让风带尽管强度较小仍更快向下滑动。

这些隐秘风场为何重要

通过表明每个热带海盆在QBO上留下各自的指纹，这项工作解释了为何许多气候模式都同意QBO会随地球变暖而减弱，却对其周期如何变化意见不一。大多数变暖模式都会减少驱动振荡的总体波动“推动”，但这一推动与对抗性上升气流之间的精确平衡取决于海洋在哪里以及如何加热。对非专业读者而言，结论是：海表升温的精细格局——而不仅仅是全球平均——可以重塑一种重要的高空风系统，进而影响季节性预报和极端事件。因此，更好地跟踪与模拟分海盆的海洋变暖应有助于改进对QBO及其所影响气候格局的预测。

引用: Wang, Y., Rao, J., Garfinkel, C.I. et al. Relative roles of different tropical oceans on the weakening of the stratospheric equatorial quasi-biennial oscillation. npj Clim Atmos Sci 9, 83 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01359-y

关键词: 准两年振荡, 热带海洋变暖, 平流层风场, 赤道波, 气候预测