“暖北极-冷欧亚”（WACE）是冬季北极-欧亚大陆温度异常的主要模态之一。近年来，该模态在初冬和隆冬之间频繁出现位相反转，即由“冷北极-暖欧亚”（CAWE）转为WACE，或反之。这种次季节尺度的剧烈转变，抵消了冬季平均的增温趋势，并常伴随东亚地区的极端冷暖转换与沙尘暴等灾害性天气。然而，平流层过程在这一位相反转中扮演何种角色，此前尚不清晰。本研究通过观测分析、机制诊断和气候模式模拟，揭示了平流层极涡形态的转变是WACE位相反转的关键前兆信号，并阐明了其通过平流层-对流层耦合过程影响欧亚气候的物理机制。
1 科学问题
平流层极涡的变率是否以及如何调控冬季“暖北极-冷欧亚”模态在初冬和隆冬之间的位相反转？
2 研究方案
观测分析：基于1979/80至2023/44年ERA5再分析资料，定义WACE指数和北美-北大西洋区域平流层极涡形态指数（NANA-SPVᵢᵥ）。通过合成分析、滑动t检验和信息流分析，揭示极涡形态转变与WACE位相反转的统计关系及超前时间。
机制诊断：利用Plumb波活动通量、涡度强迫等诊断方法，剖析极涡形态转变如何通过垂直波耦合和Rossby波列传播，调控乌拉尔阻塞高压的演变，进而影响欧亚温度异常。
模式验证：基于CMIP6历史和CESM大样本试验数据，筛选极涡形态转变年份，检验上述物理联系的稳健性，并对比高顶与低顶模式对关键过程的模拟能力差异。
3 结论
平流层前兆信号：研究发现，约在WACE位相反转前25天，北美-北大西洋上空平流层极涡形态发生显著转变。当极涡由收缩转为拉伸（或反之）时，WACE模态随之在初冬和隆冬发生反相位变化。在1979/80至2023/44年间，75%（18年中的12年）的极涡形态转变年对应了WACE位相反转，信息流分析进一步确认了其因果关系。
跨大陆的物理过程：在初冬（11月1日至12月15日），收缩的极涡在北美-北大西洋上空形成异常高压，通过向上波活动通量增强，并在西欧激发下沉Rossby波，抑制乌拉尔阻塞，导致冷空气积聚在北极地区，形成CAWE模态。至隆冬（12月16日至2月10日），极涡转为拉伸增强，异常信号通过向下传播和涡度反馈，在北大西洋中纬度激发Rossby波列，增强并维持乌拉尔阻塞，引导冷空气南下，形成WACE模态。
模式模拟与展望：包含完整平流层过程的高顶CMIP6模式能成功模拟极涡形态转变对WACE位相反转的调控，尤其在隆冬阶段对乌拉尔高压和温度异常的再现能力显著优于低顶模式。但模拟的WACE反转变率仍弱于观测，且极涡形态转变的触发机制（如对流层阻塞、海冰变化等）尚需通过敏感性试验进一步厘清。本研究强调了平流层-对流层耦合在次季节-季节预测中的重要性，为理解北极-欧亚气候变率及极端天气事件提供了新的视角。
