斜压不稳定是中纬度大气动力学的经典理论，它预测中纬度大气斜压性越强时热带外气旋越深厚、斜压波活动越强。北半球有两个最强的斜压波活跃区域分别位于北太平洋和北大西洋上空，也被称为北太平洋和北大西洋风暴轴。Nakamura (1992, JAS)研究发现在北太平洋存在斜压波活动“深冬抑制”现象，即北太平洋风暴轴在大气斜压性最强的深冬季节反而比在秋末和初春更弱，对流层高层风暴轴在深冬季节有显著抑制的特征。这种现象看上去与经典理论矛盾。美国科学院院士Issac Held教授（美国气象学会百年专辑，2019）在回顾大气环流研究百年进展中提到，这种使人迷惑的季节循环提醒人们不要过于信赖控制风暴轴的行为结构是单靠大气斜压性导致的斜压增长率。
北太平洋风暴轴深冬抑制现象在文献中被描述为“引人关注(striking)”、“引人入胜(intriguing)”、“令人费解(perplexing)”、“违反直觉(counterintuitive)”的现象。在过去的30多年，学者们提出多种不同机制理解深冬抑制现象，然而其物理本质还在争论之中。在发现北太平洋风暴轴深冬抑制现象的30年后，它被发现者认为是热带外大气和气候动力学中剩下的最难的问题之一 (Okajima, Nakamura, et al. 2022, JCLI)。
在理解深冬抑制这一现象时，过去的研究大多是从能量转换的角度出发，去计算斜压波如何获得或消耗能量。然而，这种方法并不能很好地解释一个关键现象：为什么当斜压波整体被急流牵引到更偏南的位置时，它们的增长被削弱？现有的解释通常强调当高空波动被拖向副热带后，低层斜压区仍然滞留在中纬度，它们之间无法有效耦合。但这种说法并没有回答最根本的问题：即使在副热带，急流自身也拥有大量有效位能储备，为何这些有效位能没有转化为斜压波增强的动能？事实上，经典理论早就提示过一个线索：斜压波发展的核心不仅仅取决于大气有效位能储备的多寡，还取决于它们所处的纬度环境。当波动处于科氏参数较小的低纬度时，它们就很难有效地汲取能量，但这种限制在传统的能量学框架里并不容易被直接看见。
我院博士研究生马晨明和鲍名教授从大气动力学最基本的线性斜压波生长的角度重新审视斜压波的发展过程，以期揭示深冬抑制现象的物理本质。该研究基于线性回归产生的动力学上可靠的斜压波信号，在充分考虑斜压波的动力、热力结构的前提下，分析了观测到的波动如何在给定的背景环境中放大自身的涡度。从线性波动动力学的角度看，斜压波的生长过程可以被描述为：斜压性增强 → 产生垂直运动 → 引起辐合/辐散 → 导致由行星涡度（科氏参数）主导的涡管被压缩/拉伸（涡旋拉伸） → 斜压波涡度放大。其中，涡旋拉伸是斜压波发展的核心动力过程，它直接受到所在纬度位置，即背景行星涡度大小的制约。
该研究揭示了深冬抑制的两类成因：
（1）从晚秋到深冬：深冬副热带急流位置最南强度最大，波列在急流引导下整体南移至行星涡度较小的地区，从而削弱了涡旋拉伸效应（图1k），减缓了波动增长。
（2）从深冬到早春：这一阶段急流的经向位置变化较小，早春急流强度适中，这导致西太平洋地区的斜压波西倾结构变强（图2c），从而具有更强的涡度放大效率，贡献于早春波动的增强。
这一结果表明：不同阶段的抑制并非由同一动力过程主导，其中南移效应与结构差异分别发挥了关键作用。而这都与急流的季节变化有关。
图1 线性化的扰动涡度方程的各项 (a)-(c)扰动涡度；(d)-(f)背景风对扰动涡度的平流；(g)-(i)扰动经向风对平均相对涡度的平流；(j)-(l)考虑科氏参数变化时的涡旋拉伸；(m)-(o)固定科氏参数时的涡旋拉伸。
图2 波列位相倾斜(a)-(c)与相速度(d)-(f)
该研究针对长期困扰学界的北太平洋斜压波活动深冬抑制现象提出了新的解释框架，强调了斜压波发展与波列纬度位置的紧密联系，突破了以往仅依赖能量方程的传统视角，为加深理解中纬度大气环流的基本动力学过程提供了新的见解。研究成果发表在美国气象学会《Journal of the Atmospheric Sciences》，论文信息如下：
Ma, C., and M. Bao, 2025: Understanding midwinter suppression of baroclinic wave activity in the Pacific from linear perspective of baroclinic wave growth. J. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1175/JAS-D-24-0271.1, in press.
鲍名教授表示，论文在投稿前我们请美国科学院院士、罗斯贝奖获得者、华盛顿大学Mike Wallace教授对我们的研究提些意见。Mike Wallace教授给了我们很大的鼓励：“I like the paper. It’s a simple, very basic idea, quite plausible, and you have explained it clearly.”
来源：https://as.nju.edu.cn/01/64/c11323a786788/page.htm | 
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