Stratospheric Winds Shape Winter Precipitation in the American Southwest

在美西西南地区，水是生命的货币。从亚利桑那州和内华达州的繁华城市到加利福尼亚州的农业谷地，该地区的经济及其人民都依赖于降雨和降雪所提供的脆弱供应。这种至关重要的水分大多在冬季抵达，当时从太平洋席卷而来的风暴在山脉上空降下积雪。这层雪堆充当了天然水库，在春季缓慢融化，从而为整个干燥夏季的河流和水库提供水源。由于该地区气候干旱，预测任何一个冬季会降下多少雨雪，对于水资源管理者而言都是至关重要的事情。几十年来，科学家们一直依靠一种被称为厄尔尼诺-南方涛动（El Niño–Southern Oscillation）的单一且强大的气候模式来进行此类预测。这一模式涉及热带太平洋海洋温度的变化，进而改变全球范围内的天气模式。然而，这一传统工具存在一个盲点：它对预测西南地区冬季降水的预测能力在季节开始之初最为薄弱，而这恰恰是首场重大风暴可能抵达的时间。

犹他大学研究人员的一项新研究表明，填补这一空白的关键不在于海洋，而是在地球高空的平流层。科学家们关注的是一种在高层大气中环绕赤道的常规风向模式，即准两年振荡（quasi-biennial oscillation）。这种模式涉及大约每28个月交替一次由东向西或由西向东吹送的风。尽管这些风远离我们经历的地表天气，但研究人员发现，它们充当了美国西南地区冬季风暴的隐藏开关。通过分析数十年的天气数据，团队发现这些高空风在秋季的方向可以强烈地预示即将到来的早冬是湿润还是干燥，提供了一个传统基于海洋的预测中所经常缺失的信号。

研究人员首先回顾了美国西南地区冬季降水的历史记录，涵盖了从12月到次年3月的时间段。他们将这些降水数据与两个主要的气候驱动因素进行了对比：厄尔尼诺-南方涛动以及平流层风。结果呈现出一种清晰的季节性分工。基于海洋的厄尔尼诺信号确实很强大，但它往往随着冬季的推进而增强，在预测2月和3月的降雨方面最为可靠。相比之下，平流层风信号在12月和1月这两个早冬月份最为强劲。当赤道上方的风由西向东吹时，西南地区往往经历一个较干的早冬。当这些风由东向西吹时，该地区更有可能出现湿润状况。这一发现具有重要意义，因为它揭示了这两个气候驱动因素在季节的不同阶段发挥最佳作用，有效地弥补了彼此的盲点。

为了理解其运作机制，团队检查了实际的大气运动。他们发现，当平流层风处于“东风”相位时，会触发北太平洋喷流路径的转变。这种转变使风暴路径略微向北移动，从而在早冬期间将更多的水分直接引导至美国西南地区。相反，当这些风处于“西风”相位时，风暴路径会保持在更南的位置或减弱，导致该地区更加干燥。这一机制解释了为什么平流层风是12月和1月如此优秀的预测指标。研究还指出，基于海洋的厄尔尼诺信号在季节后期以不同的方式运作，通过强化喷流来带来2月和3月的降雨。通过结合高空风和海洋温度的信息，研究人员能够勾勒出关于整个冬季预期的更为完整的图景。

研究人员通过建立一个统计模型来测试这种新方法的价值，以预测冬季降水量。当他们仅使用传统的海洋数据时，该模型可以解释约21%的降水年际变化。然而，当他们加入平流层风的信息后，模型的解释能力跃升至37%。这种近乎翻倍的预测能力表明，忽视平流层意味着遗失了大量有用的信息。结合后的模型在预测天气趋势方面表现尤为出色，在研究的所有案例中，它能以72%的准确率正确预测一个冬季是比平均水平更湿润还是更干燥。在海洋和平流层信号指向同一方向的年份，成功率上升到了80%。

这一发现为改善水资源匮乏地区的季节性展望提供了一条切实可行的路径。研究人员指出，对于即将到来的2026-2027年冬季，情况似乎呈现出一种可以进行实时测试的契合状态。预测显示，厄尔尼诺现象将会存在，这通常有利于湿润的晚冬；同时，平流层风预计也将处于有利于湿润早冬的相位。如果这种组合得以维持，可能会导致美国西南地区迎来一个特别湿润的季节。虽然这项研究并不声称已经彻底解决了天气预测问题，但它证明了向上仰望大气层可以为即将到来的冬季提供更清晰的视野。对于一个每一滴水都至关重要的地区来说，理解这些高空与地面之间微妙的联系，可能意味着在干旱与丰沛之间做出抉择的关键。