陈尚锋等揭示北极海冰影响ENSO的年代际间歇性特征
陈尚锋等揭示北极海冰影响ENSO的年代际间歇性特征
北极海冰的变化如何影响全球气候？中国科学院大气物理研究所陈尚锋研究员团队在这一领域取得了重要进展。他们发现，北极海冰对厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的影响存在显著的年代际间歇性特征，并揭示了这一现象背后的物理机制。
北极海冰与ENSO的相互作用
北极海冰是北半球中高纬度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，减少趋势明显加快。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-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，对全球气候有着重要影响。ENSO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。
研究发现：年代际间歇性特征
陈尚锋团队围绕北极“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，并阐明了北极海冰影响ENSO的关键物理过程和机制。
最新研究进一步发现，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。具体来说，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，这种影响则相对较弱。
图3：冬季北极海冰指数与次年冬季Niño3.4海温指数在不同时间段的滑动相关系数。
机制解析：背景平均流的作用
研究团队通过动力诊断和数值模拟试验，揭示了北极海冰影响ENSO年代际间歇性的原因和机制。研究表明，这种间歇性与北极海冰异常激发的大气罗斯贝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罗斯贝波位置北移，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。
进一步的研究表明，北极海冰异常引起的大气罗斯贝波空间结构的年代际变化可归因于背景平均流的年代际变化。具体而言，在高相关时期北太平洋副热带西风急流位置向南偏移，因此北极海冰异常激发的大气罗斯贝波列更易向副热带地区传播，进而影响北太平洋经向模和ENSO事件。
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。
这一发现有助于解释北极海冰变化对全球气候影响的不确定性。不同气候模式中北极海冰与中纬度气候联系的差异可能与模式中背景平均流的不同有关。
研究意义
这项研究不仅深化了我们对北极海冰与ENSO相互作用机制的理解，还为解释北极海冰变化对全球气候影响的不确定性提供了新的视角。这对于提高气候预测的准确性和应对全球气候变化具有重要意义。
该研究成果以“Interdecadal Variation in the Impact of Arctic Sea Ice on the El Niño-Southern Oscillation: The Role of Atmospheric Mean Flow”为题发表在国际学术期刊《Journal of Climate》上。论文第一作者为陈尚锋研究员，通讯作者为陈文教授，合作者包括复旦大学、浙江大学、南京信息工程大学和中国科学院南海海洋研究所的相关学者。