阻塞多样性揭示北半球非绝热加热的差异化作用机制

本研究针对气候模型中大气阻塞（blocking）模拟的挑战，提出阻塞事件的多样性（ridge/dipole blocks）导致非绝热加热（diabatic heating）存在截然不同的作用机制。通过局部波活动（LWA）诊断方法，团队发现脊型阻塞中非绝热加热通过增强上游波活动维持阻塞持久性，而偶极型阻塞中则通过削弱波活动中心产生阻尼效应。该研究为评估气候变暖背景下阻塞多样性提供了新视角，对改进极端天气预测具有重要意义。

　　

阻塞事件：气候预测的"顽固分子"
大气阻塞是导致极端天气的"元凶"之一——夏季热浪、冬季寒潮背后常能看到它们的身影。这些停滞的高压系统如同交通堵塞，打乱了正常的西风带流动。然而令人困惑的是，尽管阻塞事件危害显著，气候模型对其模拟却始终不尽如人意。究其原因，传统理论多将阻塞视为单一类型，且过分强调干动力过程，忽视了水汽相变释放的潜热（latent heat release）这一关键因素。

更复杂的是，阻塞事件实际上存在显著多样性。除了典型的脊型阻塞（ridge block），还有偶极型阻塞（dipole block）等多种形态。这些不同类型的阻塞是否以相同方式响应非绝热加热？这个悬而未决的问题，正是中国科学院研究人员Zhaoyu Liu和Lei Wang在《Nature Communications》发表的最新研究要解决的核心难题。

技术路线精要
研究团队基于1980-2022年MERRA2再分析数据，运用局部波活动（LWA）框架量化阻塞多样性。通过500 hPa位势高度（Z500）识别阻塞事件，并依据气旋/反气旋LWA比值区分为脊型（963例）和偶极型（216例）。关键创新在于直接计算非绝热加热引起的准地转位涡（QGPV）变化，通过公式?Acosφ/?t_moist量化湿度诱导的波活动趋势，避免了传统残差法的间接估算。验证阶段同时采用JRA55再分析和CAM6模式数据进行交叉验证。

地理分布揭示类型分化

如图1所示，脊型阻塞（红点）主要分布在东北太平洋、东北大西洋和欧洲大陆，海陆皆可形成；而偶极型阻塞（蓝点）则集中出现在西北太平洋和西北大西洋风暴轴下游，呈现明显的海洋偏好性。这种分布格局暗示：偶极型阻塞的形成可能与海洋上活跃的低压系统（如切断低压）存在动力学关联。

热力结构的类型特异性

图2揭示了两类阻塞的本质差异：脊型阻塞中，最大加热出现在阻塞上游（图2a），垂直方向上延伸至7000米高空（图2c），对应强上升运动和稳定层结；而偶极型阻塞的加热中心位于低压系统南侧（图2b），且局限于1000-2000米低层（图2d），形成不稳定层结。时间演变上，脊型阻塞的加热主要出现在形成初期（图2e），偶极型则贯穿整个生命周期（图2f）。

波活动趋势的相反效应

通过LWA框架转换发现（图3），湿度诱导的波活动趋势呈现截然不同的模式：脊型阻塞上游呈现显著正趋势（图4a），通过公式(1)计算可延长阻塞持续时间；而偶极型阻塞核心区则出现系统性负趋势（图4b），在216例事件中184例（85%）表现为波活动削弱。垂直结构上（图4d），偶极型的阻尼效应自低层向上传播，破坏其正压结构。

物理机制解析

图5的机制示意图阐明：偶极型阻塞中，低层局域化加热（云团标示）通过位涡公式(3)产生负PV异常，削弱原有气旋活动；而脊型阻塞的上游加热则因垂直均匀性产生较弱但持续的增强效应。地理分布图（图6）进一步显示，西北太平洋/大西洋的偶极型阻塞受非绝热加热阻尼最显著，这解释了CMIP5模型中这些区域阻塞频率减少的预测结果。

重塑阻塞认知范式
这项研究首次系统论证了"阻塞多样性"概念——不同类型的阻塞以独特方式响应非绝热加热。这一发现破解了长期存在的理论矛盾：为何气候变暖背景下，偶极型阻塞减少而脊型阻塞可能持续。研究同时指出，当前气候模型对偶极型阻塞的模拟不足，可能源于未能准确刻画其阻尼机制。未来工作需通过理想试验进一步量化非绝热加热对不同类型阻塞的定量影响，这将为改进极端气候事件预测提供关键理论基础。