在强正AO下乌拉尔阻塞的持久性增强：北大西洋风暴路径与位涡动力学的作用

为何遥远的冬季天气会相互关联

当北极变暖速度快于全球其他地区时，欧洲和亚洲的冬季寒潮显得尤为让人费解。本研究探讨了一个关键的气候模态——北极涛动（AO）——以及强劲的北大西洋风暴如何联合作用，使得乌拉尔山脉上空出现不寻常的天气锁定，并产生波及整个欧亚大陆的深度寒冷效应。

具有两面性的气候模态

北极涛动描述了北极与中纬度之间气压的摇摆，进而影响高空急流的强度和位置。当AO为负相时，东西向风较弱，容易在乌拉尔产生所谓的大气“交通堵塞”——即阻塞，常与暖北极、冷欧亚格局相联系。相反，AO的正相通常被认为会增强急流并抑制阻塞。然而观测显示，在强正AO条件下仍会出现强烈且持久的乌拉尔阻塞事件，这一矛盾正是本研究要破解的课题。

更强的正位相改变风暴路径

作者检视了四十多年冬季资料，追踪单个北大西洋风暴并按阻塞生成前几日AO的强度对乌拉尔阻塞事件进行分类。他们发现，当AO为弱正时，风暴路径较为分散，只有约一半会进入北极。而在强正AO条件下，急流成为一条集中通道，将风暴向北弯引入巴伦支—卡拉海，超过三分之二的风暴进入北极。这种有组织的风暴列车将大量热量和水汽输送到极地海域，为阻塞的持久化奠定了基础。

北极变暖、海冰损失与反馈回路

当这些风暴系统在强正AO冬季向巴伦支—卡拉地区输送暖湿气流时，表层与下层大气迅速增温，海冰缩减，云量增加。上述变化共同增强向下的长波辐射，使更多热量滞留近地面，强化初始增温。同时，气温与海温差减小在短期内削弱了海面的热量损失，进一步支持更高的北极温度。在这种背景下，海冰会持续多日减少，随后空气—海洋交换的恢复又会释放出更多热量与水汽。在下游，锚定的乌拉尔高压把严寒空气导入欧亚中部，加深了暖北极—冷欧亚格局中的寒冷一面。

大气内部“回弹力”如何被削弱

除了地表变化外，研究还关注这些过程如何改变位涡——一个描述大尺度波动被大气抗拒程度的物理量。在强正AO条件下，风暴驱动的北极增温和辐射反馈削弱了乌拉尔区域经度向低高纬度间的位涡梯度差异。这减少了通常将波动推回原位的恢复性“弹簧”作用，使得阻塞格局更容易持续。逐事件分析表明，当阻塞起始时该梯度尤为薄弱时，乌拉尔高压往往持续更久。而在弱正AO条件下，这些变化更小且不太有组织，因此阻塞持续时间较短且更易漂移。

对未来冬季极端事件的意义

综合来看，结果显示非常强的正位相北极涛动实际上可以通过将风暴引导入北极并重塑地表与高空大气条件，支持而非抑制长期存在的乌拉尔阻塞。这种“风暴与位涡耦合”有助于解释为何在以正AO为主的冬季里仍会出现严重的欧亚寒潮。研究还暗示，随着北极持续变暖和海冰退缩，中纬度冬季天气对风暴路径和急流强度变化的敏感性可能增加，这既为改进次季节寒冷极端事件预报提出挑战，也带来机会。

引用: Ku, HY., Noh, H., Wang, M. et al. Enhanced persistence of Ural blocking under strong positive AO: the role of North Atlantic storm tracks and potential vorticity dynamics. npj Clim Atmos Sci 9, 116 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01384-x

关键词: 北极涛动, 乌拉尔阻塞, 北大西洋风暴, 北极变暖, 欧亚寒冷极端事件