近日，物理海洋教育部重点实验室在 Environmental Research Letters 《环境研究快报》期刊上发表题为“Atmospheric thickness links circum-hemisphere teleconnection to extreme cold events in boreal winter”（《大气厚度联结北半球冬季环半球遥相关与极端冷事件》）的最新研究成果。该研究首次系统比较了多种联结大尺度遥相关与区域极端冷事件的局地大气因子，识别出1000–500 hPa大气厚度（ΔZ）是与区域极端冷事件联系最为稳定和显著的关键因子，并揭示了其联结大尺度遥相关与区域极端冷事件的“桥梁”作用。研究进一步构建了“大尺度遥相关环流异常—大气厚度变化—区域极端冷事件”的联系框架，为理解大尺度气候信号如何影响局地极端冷事件提供了新视角。成果第一作者为实验室/未来海洋学院/海洋与大气学院在读博士生王宁，通讯作者为“筑峰人才工程”第一层次李建平教授。

　　该团队前期研究发现，北半球陆地冬季冷夜日数存在极端冷事件环半球遥相关型（CHTe），其五个活动中心分别位于北美东南部、巴芬湾沿岸、北欧、中东—北非和东西伯利亚，并发现与之对应的大气环半球遥相关（CHT）（Wang et al., 2024）；随后研究阐明了北大西洋海温三极子（NAT）可通过中纬度海气相互作用激发CHT，使大气环流信号以Rossby波形式从北大西洋向欧亚大陆传播（Wang et al., 2025）。然而，大尺度遥相关信号如何通过局地大气过程影响极端冷事件，仍有待进一步阐明。

　　针对这一问题，本项工作比较了大气厚度、位势高度、水平风、垂直运动、辐合辐散以及地表辐射和热通量等14种候选局地大气因子，并从空间对应、概率分布、条件概率、时空一致率、列联关系和相关关系等方面评估其与极端冷事件的联系。结果发现，仅大气厚度ΔZ在CHTe五个区域呈现连续的“正—负—正—负—正”空间对应关系，并在多种统计检验中表现出最强、最稳健的联系。进一步分析表明，在保持原极端冷事件阈值不变的统计诊断中，去除与ΔZ线性相关的温度分量后，识别出的极端冷事件日数减少约98%；当ΔZ处于极端状态时，极端冷事件发生的条件概率达到约65%，明显高于其余候选因子。同时，二者的较强对应关系主要集中在极端冷事件发生前0–4天，显示出潜在的短期预示信息。进一步分析表明，大气厚度与极端冷事件的显著相关关系不依赖于其余影响因子，而其余影响因子与极端冷事件的显著关系大多依赖于大气厚度。

　　为进一步解释这种稳定的统计联系，本研究在经典压高公式和扰动压高公式基础上，提出了扰动压高定律（Perturbation Hypsometric Law）。该定律表明，对于上下边界为固定等压面的气柱，基本态大气厚度与气柱平均温度之比，等于大气厚度扰动与气柱平均温度扰动之比。当外部扰动改变气柱厚度时，气柱温度会通过静力调整产生相应变化。因此，“大气厚度”不仅是统计相关量，也是联结大尺度遥相关环流异常与区域极端冷事件的可观测、可量化的局地桥梁。

　　该工作进一步完善了“北大西洋海温三极子（NAT）—环半球遥相关（CHT）—大气厚度（ΔZ）—区域极端冷事件”的物理联系框架。从发现极端冷事件环半球遥相关型，到揭示NAT对CHT的激发机制，再到识别大气厚度这一关键局地桥梁，该系列研究逐步形成了对北半球不同区域极端冷事件跨区域联系、大尺度遥相关的形成及局地影响过程的系统认识，为极端冷事件监测和预测提供了新的理论视角和潜在指标。

　　研究工作得到国家自然科学基金重点项目、崂山实验室科技创新项目、中央高校基本科研业务费专项资金等联合资助。

图1 扰动压高定律示意图。扰动压高定律表明，基本态大气厚度与气柱平均温度之比，等于大气厚度扰动与气柱平均温度扰动之比，这为理解大尺度环流异常通过大气厚度影响局地极端冷事件提供了理论依据。

图2 CHT—大气厚度—极端冷事件联系框架示意图。 大气环半球遥相关（CHT）对应的位势高度异常可改变1000–500 hPa气柱厚度（ΔZ），并通过静力调整与气柱温度变化相联系，进而影响区域极端冷事件。下方五类统计诊断从概率分布、条件概率、时空一致性、关联程度和线性相关等方面共同表明，大气厚度是联结大尺度遥相关信号与区域极端冷事件的重要局地桥梁。

文章引用：

Wang, N., J. P. Li*, H. Wang, H. Li, Z. X. Wu and H. L. Xiong, 2026: Atmospheric thickness links circum-hemisphere teleconnection to extreme cold events in boreal winter. Environmental Research Letters, online, https://doi.org/10.1088/1748-9326/aea2b0

Wang, N., J. P. Li*, H. Wang, H. Li, Z. X. Wu and H. Y. Zhao, 2024: A winter cold nights pattern in the Northern Hemisphere lands: Circum–hemisphere teleconnection of extreme cold events. Climate Dynamics, 63:30, https://doi.org/10.1007/s00382-024-07486-7

Wang, N., J. P. Li*, H. Wang, H. Li, Z. X. Wu and Y. Sun, 2025: Influence of the North Atlantic Tripole on the circum-hemisphere teleconnection in boreal winter. Climate Dynamics, 63:326, https://doi.org/10.1007/s00382-025-07813-6