每年春天，平流层绕极西风都会转变成绕极东风，即极区由气旋环流转变成反气旋环流。有些年份平流层极涡在初春时仍然比较强，绕极西风长期维持，迟迟不发生逆转；而有些年份平流层极涡在初春时非常弱，尤其是行星波活动较强的春季，平流层绕极西风很早就会转为绕极东风。因此，初春平流层环流状态在一定程度上反映了平流层最后增温（SFW）爆发早晚。初春平流层极涡偏强或者SFW偏晚时，平流层环状模向正位相发展；初春平流层极涡偏弱或者SFW偏早时，平流层环状模向负位相发展。环状模信号可以下传至对流层，影响对流层的环流，导致天气气候变异事件发生。
中层大气科学团队饶建教授等人的研究结果发现，初春平流层极涡偏强时，中国东南部往往偏干，朝鲜半岛和日本的部分地区偏湿。通过对多个季节预报系统的预报结果诊断分析发现，预报系统可以有效预报出初春平流层极涡的状态。然而，模式对降水，尤其是东亚春季降水的预报并不理想（图1）。此外，模式对几个主要关注区降水的预报几乎存在一致的气候态湿偏差。
图1. 季节预报系统模式对东亚几个主要子区域春季降水预报的效果图
(a) 多模式对中国东南部春季降水预报时间序列；(b) 多模式对中俄边境春季降水预报时间序列；(c) 多模式对朝鲜半岛春季降水预报时间序列；(d) 多模式对日本本州春季降水预报时间序列。起报时间为3月1日，预报的春季降水即为模式对3-5月预报的累积降水，单位mm/d。每个模式预报与观测的相关系数标记在图例中。(e-h) 左列 (a-d) 的气候态 (柱状图) 和 标准差 (误差棒)。
该项研究对降水预报偏差的产生原因作了比较分析，模式对平流层极涡-东亚春季降水联系表达不足是降水预报误差产生的重要原因之一。部分模式可以预报出强平流层极涡对中国东南部的偏干影响，但对强平流层极涡期间的朝鲜半岛和日本本州的湿异常预报不理想（图2）。平流层极涡-东亚春季降水联系的预报偏差与对流层的环流响应偏差有关。模式可以预报强极涡期间贝加尔湖对流层高压异常，该异常高压进一步向南向东延展，对应中国东南部的异常反气旋环流和干异常。相反，在东北亚地区观测到异常气旋切变，这解释了强极涡事件期间东北亚地区和日本本州的偏湿特征。多数模式可以预报强极涡事件期间的贝加尔湖附近的异常高压，而对东北亚地区的异常低压预报严重错位。所有模式都能预测El Niño春季东亚地区的降水湿异常，与El Niño对东亚降水的远程影响相比，准确表达平流层对东亚春季降水的向下影响对于大多数模式而言仍然是一个巨大挑战，这也制约着模式对降水的准确预报。
图2. 季节预报系统模式对平流层极涡强度-东亚春季降水关系的预报能力
(a, b) 用平流层极涡强度回归得到的东亚降水异常分布，结果基于两套降水观测资料。平流层极涡强度定义为逆号的10 hPa极冠区 (60-90N) 高度异常标准化时间序列。(c-i) 七个季节预报系统模式预报的平流层极涡强度回归得到的东亚降水异常分布。
文章已在《Climate Dynamics》期刊发表：
Rao, J.*, Wu, T., Garfinkel, C. I., Luo, J., Lu, Y., Chu, M., and Hu., J., 2023: Impact of the Initial Stratospheric Polar Vortex State on East Asian Spring Rainfall Prediction in Seasonal Forecast Models. Climate Dynamics, 60(11–12): 4111–4131, doi: 10.1007/s00382-022-06551-3.
