中国科大团队揭示北极天气尺度增暖与热带海洋和中纬度大气的联系及机制

近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院大气科学专业任保华教授课题组发现了北极天气尺度增暖与热带海洋和中纬度大气的联系，并揭示了相关的机制。其研究内容形成一系列研究成果，分别以“Change of the CP ENSO’s role in the occurrence frequency of Arctic daily warming events triggered by Atlantic storms”为题发表在自然合作期刊-《npj Climate and Atmospheric Science》（IF=9.0）、“Why could ENSO directly affect the occurrence frequency of Arctic daily warming events after the late 1970s?”为题发表于环境科学知名期刊《Environmental Research Letters》（IF=6.7）和“An Interdecadal Change in the Influence of the NAO on Atlantic-Induced Arctic Daily Warming around the Mid-1980s”为题发表于国内大气科学专业最有影响力之一的期刊《Advances in Atmospheric Sciences》（IF=5.8）。任保华教授和郑建秋博士为共同通讯作者，王岑博士为第一作者。

北极地区指的是北极圈（北纬66.5°）以北的海陆区域，由于其位于高纬度的地理位置，北极地区的太阳辐射净接收量远远小于赤道地区的太阳辐射净接收量，是全球重要冷源之一。但是，近几十年，北极增暖明显，海冰迅速消融，这将直接影响北极航道（海上丝绸之路）的选择和适航时间。此外，北极增温事件将引起北半球中纬度地区寒潮事件频发，对我国乃至整个北半球人口稠密地区的经济、生产、人民生命和财产安全造成严重的损害。所以，不论是从科学研究的角度，还是从保护我国人民生命财产安全，以及国家战略发展的角度，全面分析北极增暖事件的特征，揭示影响其发生的因子和机理过程具有重要的科学价值和社会意义。

北极冬季平均温度是-30℃，但是在2015年12月底，由于大西洋风暴进入北极，北极冬季日平均气温迅速升高突破了0℃，在当时引起国内外学者和社会各界的广泛关注。目前学术界关于北极增暖的研究主要集中在北极温度长期增长上，而对北极天气尺度的增暖事件关注较少。本系列成果重点探究了大气主要年际模态北大西洋涛动（NAO），以及热带海洋主要年际模态厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和中太平洋型ENSO（CP ENSO）对北极冬季天气尺度的增暖事件发生频率影响的年代际转变及其可能的机制。

本研究发现大气年际主要模态NAO对增暖事件发生频率的影响在20世纪80年代中期之后减弱，这可能是大西洋风暴轴增强导致的。通过涡流相互作用，增强的大西洋风暴轴使得与NAO相关的气旋增强，导致北大西洋上空的异常偏南风和偏北风消失（图1）。

图1与NAO相关的环流场年代际变化

此外，ENSO事件强度增强激发了更强的Rossby波，进而导致ENSO对增暖事件发生频率的影响在20世纪70年代末前后增强了（图2）。这个发现提供了赤道和北极之间的潜在联系，能够提高对北极极端天气尺度增暖事件的预测技巧。通过分析模式数据，本研究还发现在全球增暖情景下，这种北极与热带海洋潜在联系可能会进一步加强。

图2与ENSO相关的海温、Rossby波和环流场年代际变化

然而，在20世纪80年代中期之后，由于CP ENSO激发的行星波无法上传到平流层，CPENSO与冰岛低压的联系消失，进而导致北大西洋与CP ENSO相关的异常偏北或偏南风消失（图3），最终导致CP ENSO对增暖事件发生频率的影响减弱。

图3与CP ENSO相关的行星波和环流场年代际变化

本研究系列成果为更好地认识北极地区天气和气候变化提供了新的角度，在深化对北极地区天气和气候变化与中纬度大气和热带海洋之间联系认识的同时，将有助于提高对北极天气尺度极端增暖事件的预测能力，具有相当的理论意义和实际应用价值。