哈德莱（Hadley）环流是大气经向三圈环流中最强的一支，它是联系热带和热带外气候异常的重要纽带，同时它在维持全球热量、角动量和水汽平衡等方面也发挥着重要的作用。哈德莱环流的变化会显著影响热带及副热带地区的天气气候，包括干旱分布、副热带急流以及台风活动等，进而影响到人类生存环境和生命财产安全。诸多研究一致指出全球纬向平均Hadley环流的下沉支具有显著的向两极方向移动的长期变化趋势，即出现所谓的热带膨胀现象。热带膨胀会导致副热带干旱带随之向极移动，影响越来越多较高纬度地区的气候。
然而，近些年的最新研究发现并不是所有地区的热带膨胀率都一样 (Chen et al., 2014)。相比以纬向平均为主的传统研究视角，区域Hadley环流因其空间分布不均且对区域气候有更显著的影响，近年来逐渐成为研究热点。在北半球冬季，西太平洋区域存在一支结构清晰且稳定的经向大气环流，称为西太平洋哈德莱环流（Western Pacific Hadley Circulation, WPHC；Huang et al. 2018，2019）。WPHC的对流上升支位于印太暖池，其强度变化和边界移动可显著影响亚澳地区的气温、降水分布以及台风活动，是区域气候预测中的关键环流系统（Huang et al. 2021，2024）。
近期，中国科学院大气物理研究所联合云南大学、中国气象局广州热带海洋气象研究所的相关学者，在气候研究领域国际知名期刊《Journal of Climate》上发表了题为" Sources of Inter-model Diversity in the Regional Hadley Circulation over the Western Pacific During Boreal winter"的研究论文。该研究系统评估了CMIP6耦合模式对冬季WPHC特征的模拟能力，揭示了当前气候模式在模拟WPHC强度和结构方面存在显著差异的主控因子。
研究发现，尽管大多数CMIP6模式能够较好再现冬季WPHC气候态的空间结构（图1），但在强度、中心线位置及边界等关键特征的模拟上存在明显的模式间差异（图2）。研究通过模式间经验正交函数（EOF）分析，识别出前三个主模态可解释超过80%的WPHC质量流函数差异（图3）。其中，第一模态反映了两半球WPHC强度的模拟差异，主要受到西太平洋经向海温梯度及热带太平洋纬向海温梯度差异的影响；第二模态揭示了北半球WPHC位置的模拟偏差，其与赤道辐合带位置的模拟差异密切相关；而第三模态则反映了南半球WPHC位置的模拟差异，受热带冷舌区域模拟差异的影响。
该研究强调了区域海温结构在影响区域哈德莱环流模拟中的关键作用，为今后耦合气候模式的改进提供了新的科学依据。论文的第一作者为中国科学院大气物理研究所博士研究生徐玮倩，通讯作者为其导师陈文教授和陈尚锋研究员，合作者还包括中国气象局广州热带海洋气象研究所的黄汝萍副研究员、大气所的朴金玲副研究员、云南大学胡鹏副教授和云南大学的博士后蔡晴宇。该研究得到了国家自然科学基金项目（42205051、42475042）、云南省自然科学基金项目（202302AN360006）、中国科学院大气物理研究所十四五规划青年项目以及广东省基础与应用基础研究基金项目（2024A1515010508）的联合资助。
图1. 冬季气候态西太平洋（110°E–160°E）区域质量流函数（MSFs，单位：1010 kg s-1）。 (a) 46个CMIP6模型的多模型平均（MME）， (b) CMIP6模型与观测之间的偏差。(c) 46个模型的标准差，表示模型间的不确定性。 (d) 泰勒图，展示了46个CMIP6模型与观测结果的对比，蓝点代表模型结果，星号表示MME。 (e) 46个CMIP6模型和MME的技能评分，红色误差条表示CMIP6模型技能评分的标准差。
图2. 46个CMIP6模型和八个再分析数据计算的冬季气候态WPHC强度（单位：1010 kg s-1）箱线图。(a) 北半球（NH）环流强度。(b) 南半球（SH）环流强度。(c) 和(d) 与(a)和(b)相同，但表示WPHC的极向边界纬度。(e) WPHC的中心纬度。灰色点表示46个CMIP6模型的结果。
图3. 西太平洋（110°E–160°E）冬季气候态区域质量流函数（MSFs，单位：1010 kg s-1）的模式间EOF分析。(a–c) EOF的空间模式（阴影部分），等高线表示观测的质量流函数，实线（虚线）表示正（负）质量流函数。左上角的标签表示方差百分比。
文章信息：
Xu, W.-Q., W. Chen*, S.-F. Chen*, R.-P. Huang, J.-L. Piao, P. Hu, and Q.-Y. Cai, 2025: Sources of Inter-model Diversity in the Regional Hadley Circulation over the Western Pacific During Boreal winter. Journal of Climate, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-24-0472.1
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Huang, R.-P., S.-F. Chen*, W. Chen, et al. 2021: Northern poleward edge of regional Hadley cell over western Pacific during boreal winter: year-to-year variability, influence factors and associated winter climate anomalies. Climate Dynamics, 56, 3643–3664.
Huang, R.-P., S.-F. Chen*, W. Chen, et al. 2019: Recent strengthening of the regional Hadley circulation over the western Pacific during boreal spring. Advances in Atmospheric Sciences, 36, 1251–1264.
Huang, R.-P., S.-F. Chen*, W. Chen, et al. 2018: Interannual variability of regional Hadley circulation intensity over western Pacific during boreal winter and its climatic impact over Asia-Australia region. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 123, 344–366.
Chen, S.-F., K. Wei, W. Chen*, et al. 2014: Regional changes in the annual mean Hadley circulation in recent decades. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 119, 7815–7832.
来源： https://iap.cas.cn/gb/xwdt/kyjz/202505/t20250516_7655101.html
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发表于 2025-5-16 15:10:47
