近日，我们被动光学遥感与应用研究团队在地球中高层大气多圈层耦合过程与机制方面取得新进展，相关成果以“First Observation of Dominant Quasi‐Two‐Day Wave With Westward Zonal Wavenumber 3 at the December Solstice During Austral Summer: Links to Persistent Winter Stratopause Warming”为题发表在地球科学国际权威学术期刊Geophysical Research Letters （《地球物理研究快报》）。太阳集团网址8722博士后秦雨松为论文第一作者，谷升阳教授为通讯作者，太阳集团网址8722为第一署名/通讯单位。
西向传播、纬向波数为3的准2天波（QTDW- W3）是地球中间层和低热层区域典型的行星尺度波之一，其在中性风场的波动幅度超过70 m/s，是背景大气环流、温度和光化学组分变化的重要驱动源。过去数十年，大量的地基和卫星观测资料表明，QTDW-W3的幅度极为规律地在夏至日之后约2-6周达到最大值。数值模拟表明，该特性与夏季半球中间层和平流层顶西向背景风场的季节变化、QTDW-W3的临界层、折射指数和e-folding时间直接相关。
通过分析2004年以来Aura/MLS测量的全球中高层大气位势高度数据，研究团队发现在2023/2024年南半球夏季期间，QTDW-W3经历了一次罕见的异常放大过程，波动幅度首次在夏至日（12月22日）期间达到峰值，相比气候学特性（1月21日）提前约30天。进一步的研究表明，本次QTDW-W3异常放大前约两周，北（冬季）半球波数为1的准静止行星波活动持续增强，触发了一次长时间的极区平流层顶增温（stratopause warming；增温峰值位于约1 hPa）事件。此次事件期间北半球西向次生行星波的破碎加强了中层大气哈德莱环流的垂直分量，引起赤道平流层顶温度的异常降低（约6.5 K），并通过热成风平衡对夏季高平流层和低中间层的西向背景风场施加了额外的拖曳（西向背景风场最大值达到90 m/s），进而加速了其季节性演化进程，使得QTDW-W3的激发与放大窗口提前出现、e-folding时间显著缩短，波动幅度首次在至日期间达到峰值。
图1. 2023/2024年南半球夏季期间准2天波的提前放大
此外，2024年1月和2月期间北半球极区平流层爆发性增温（sudden stratospheric warming；增温峰值位于约10 hPa）事件的发生频率创下新纪录，这显著抑制了QTDW-W3活动的强度，间接导致2023年12月至日期间的QTDW-W3事件成为本次南半球夏季期间的最强事件。
图2. 2023/2024年北半球冬季平流层扰动事件期间背景大气的异常变化
该项成果表明，与广受关注的平流层爆发性增温事件类似，发生于更高高度的平流层顶增温事件同样具有改变全球大气多圈层动力学过程的能力，为地球大气跨半球耦合过程提供了新认识。该项研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、湖北省自然科学基金和湖北省博士后创新人才培养项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1029/2024GL113698
