自20世纪80年代初以来，每年北半球秋季，南极地区都会出现显著的臭氧总柱浓度（TCO）损耗，形成我们所熟知的南极臭氧洞。研究表明，南极臭氧洞的扩大通常伴随着南半球环状模（SAM）的负位相，并对南半球的气候产生显著影响。事实上，SAM不仅通过调节海温和经圈环流等机制影响南半球气候，还能波及北半球，甚至影响东亚的气候。那么，南极臭氧异常是否会通过影响SAM进而作用于东亚气候呢？
近日，我系博士生朱凌奥娜（第一作者）和吴志伟教授（通讯作者）在最新研究中发现，9月至10月的南极臭氧异常可以解释约10%的东亚冬季降水异常（图1）。观测数据和模式模拟结果均表明，9至10月的南极臭氧正异常对应SAM的负位相，而SAM的负位相则通过热力学和动力学过程在南印度洋引发了经向海温三级子异常（图2）。这一海温异常从北半球秋季持续至冬季，进而通过削弱印度洋局部的纬向垂直环流异常，最终导致海洋性大陆南部区域上空出现向外长波辐射（OLR）正异常。线性斜压模式（LBM）模拟显示，江淮流域对海洋性大陆南部区域非绝热加热的线性响应表现为西南风异常，有助于将热带地区的丰富水汽输送至东亚，从而导致江淮流域降水增加。气候模式（SC-WACCM）同样验证了9至10月的南极臭氧异常对东亚冬季降水异常的显著影响（图3）。此外，研究还表明这一关系独立于厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和印度洋偶极子模态（IOD）的影响。
该研究定量解释了9至10月南极臭氧异常对东亚冬季降水异常的贡献，阐明了其中的物理机制及调制过程（图4）。这一研究成果不仅深化了我们对跨半球气候系统相互作用的理解，也为准确预测东亚冬季降水提供了新的视角。相关文章已于2024年8月被《Nature》系列期刊《npj Climate and Atmospheric Science》在线发表。
论文信息：Lingaona Zhu and Zhiwei Wu* (2024): Climatic Influence of the Antarctic Ozone hole on the East Asian winter precipitation. NPJ Climate and Atmospheric Science, DOI: 10.1038/s41612-024-00732-z.
图1：（a）9-10月南极臭氧指数回归东亚冬季降水异常场（单位：mm/day），打点表示通过90%置信区间；（b）9-10月南极臭氧指数对东亚冬季降水的解释方差贡献（单位：%）。
图2：9-10月南极臭氧指数回归（a）9-11月；（b）10-12月；（c）11-1月；（d）12-2月海温异常场（单位：K），打点表示通过90%置信区间。
图3：9-10月南极臭氧正异常引起的（a）降水异常（单位：mm/day），（b）500 hPa OLR异常（单位：Pa/s），（c）500 hPa以及（d）850 hPa的东亚冬季大气环流异常（单位：gpm）。打点以及红色箭头表示通过90%置信区间。
图4：9-10月南极臭氧异常影响东亚降水异常的物理机制示意图。南半球的阴影部分表示与南极臭氧指数相关的海温异常。一对蓝色垂直箭头表示纬向垂直环流异常。红色椭圆表示冬季的OLR正异常。东亚地区的深绿色箭头表示与南极臭氧指数相关的西南风异常。绿色阴影区域和降雨图标表示东亚降水正异常。
