陈尚锋等-JC：从年代际间歇性角度理解北极海冰影响ENSO的不确定性
陈尚锋等-JC：从年代际间歇性角度理解北极海冰影响ENSO的不确定性
中国科学院大气物理研究所陈尚锋研究员团队在北极海冰对厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）影响的研究中取得重要进展。研究揭示了北极海冰影响ENSO的年代际间歇性特征及其机制，为理解全球气候变化提供了新的科学依据。
北极海冰是北半球中高纬气候系统的重要组成部分，被认为是全球气候变化的指示器和放大器。自1979年以来，北极海冰覆盖范围持续减少，特别是在1990年代后，减少趋势加速。IPCC最新评估报告指出，在高排放情景下，预计到本世纪中叶北极将出现无冰夏季。
厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）是热带太平洋年际变化时间尺度上最强的海气耦合系统，其事件会通过遥相关过程导致全球大范围的气候异常，引发严重的旱涝和高低温等灾害，对渔业、农业、生态环境、社会经济等造成重大影响。
陈尚锋研究员团队围绕北极“海-冰-气”气候系统对热带海气相互作用系统的影响及其机理开展了系列研究。前期研究揭示出北极海冰异常对ENSO事件的发生和发展存在显著影响，并阐明了关键物理过程和机制。研究指出冬季格陵兰-巴伦支海海冰增加会通过一系列大气和海洋环流过程，最终影响随后冬季ENSO事件的发生和发展。
图1：1958-2022年，冬季北极海冰指数回归的(a) 冬季北极海冰密集度异常，(b) 冬季表面感热通量异常，(c) 冬季表面潜热通量异常，(d) 冬季表面向上长波辐射异常，(e) 冬季经度-高度空气温度异常剖面 (10°W-60°E平均) ，(f）冬季500 hPa流函数(阴影) 和风场异常(矢量) ，(g) 冬季表面风速异常和(h) 春季海表温度异常。打点区域表示异常通过95%置信水平。
图2：1958-2022年，冬季北极海冰指数回归的海表温度和850 hPa风场 (左列)和降水 (右列) 异常的季节演变。打点区域表示异常通过95%置信水平。
进一步研究发现，冬季格陵兰-巴伦支海海冰异常对ENSO事件的影响存在显著的年代际间歇性。在1980年代末之前和2000年代末之后，北极海冰异常对ENSO的影响较为显著；而在1990年代到2000年代期间，影响较弱。
图3：格陵兰-巴伦支海海冰异常影响ENSO年代际变化的机制示意图。
研究团队通过动力诊断和数值模拟试验，阐明了这种年代际间歇性的原因和机制。指出这种间歇性与北极海冰异常激发的大气Rossby波空间结构的年代际变化密切相关。在高相关时期，冬季北极海冰异常能够激发大气环流遥相关，影响北太平洋涛动和北太平洋经向模态，进而通过风-蒸发-海温反馈机制和热带Bjerknes海气正反馈过程影响ENSO事件。而在低相关时期，北极海冰异常引起的大气Rossby波位置北移，未能影响副热带北太平洋海气系统，因此对ENSO事件的影响较弱。
图4：格陵兰-巴伦支海海冰异常影响ENSO年代际变化的机制示意图。
图5：正压模式施加理想异常辐合强迫后的位势高度和风场响应 (31-40天平均)。(a) 为高相关时期背景态，(b) 为低相关时期背景态。绿色等直线表示异常辐合强迫，等值线间隔为2×10-6s-1。
这项研究有助于解释北极海冰变化对全球气候影响的不确定性，为理解气候变化和提高气候预测能力提供了新的科学依据。
该研究受到国家自然科学基金、云南省自然科学基金等项目的资助，研究成果发表在国际学术期刊《Journal of Climate》上。