进入21世纪以来，北极地区海冰覆盖面积呈现快速减少的变化趋势。北极偶极子（Dipole Anomaly，简称DA）大气环流模式对北极太平洋区（PAS）夏季海冰密集度（SIC）的变化起关键调节作用。当北极偶极子处于正相位（DA+）时期，格陵兰岛和加拿大北极群岛一侧出现海平面气压正异常，而对面一侧的欧亚大陆区域出现负压异常（北美一侧为中心的反气旋式大气环流，图1a）。有研究指出，这种形态的大气环流模态能同时促进海冰的平流输出和快速融化过程，进而通过海冰-反照率正反馈机制的作用，对太平洋扇区内（Pacific-Arctic Sector，简称PAS）海冰覆盖面积显著减少产生影响（Bi et al. 2019）。
图1. 不同大气环流模式相关的大气位势高度异常（850-hPa）
研究人员根据卫星观测和再分析气象资料，从新的角度解释了影响北极地区海冰快速减少的新机制。研究团队根据再分析资料结果发现，与PDO正位相时期（PDO+）相比，处于PDO负相位（PDO-）海洋状态条件下的DA+所“支配”的大气环流模态，在加拿大群岛一侧的正压异常和对侧欧亚大陆的负压异常都得到增强（图 1e）。接着研究人员基于近40年的卫星观测资料发现，与DA+相关的反气旋式大气环流对太平洋扇区内边缘海区域海冰密集度变化的影响程度与太平洋年代际变化PDO的相移有关。换言之，当DA+大气环流模式受到PDO不同相位海洋状态条件的调节，北极太平洋扇区内的海冰密集度将出现显著变化。卫星遥感数据显示在东西伯利亚海（ESS）、波弗特-楚科奇海（BCS）、加拿大北极群岛区域（CAA）的区域平均海冰密集度分别变化了+4.9%、-7.3%和-6.4%（即SIC(PDO-,AD+) - SIC(PDO+, AD+)）（图2）。
图2. 不同大气环流状态影响下的夏季（6-8月）海冰密集度异常
通过分析气象数据资料，研究发现受PDO-（PDO+）海洋背景状态调制作用，DA+相关的大气环流模式可导致BCS和CAA两个区域上空对流层下部（500~1000hPa）的大气比湿度、气温以及由此产生的向下长波辐射异常增强（减弱）。深入分析表明，在这两个区域比湿度和空气温度的异常变化主要与向极水汽输运通量以及水汽和热通量的聚散过程变化相关（图3）。因此，相对于PDO+，在处于PDO-情况下，DA+大气环流造成的这两个区域（CAA和BCS）的海冰密集度时期更小。另外，本文研究揭示海表温度和风应力异常则是造成东西伯利亚海地区海冰密集度显著变化的主要原因。与前人研究结论不同，本文定量计算结果指出云量异常对研究区海冰异常变化的贡献不明显。
图3 不同大气-海洋耦合状态下的水汽聚散分布特征
鉴于PDO的年代际振荡性质，研究人员推测近期向北太平洋向PDO+相位状态的转变可能对夏季北冰洋海冰覆盖面积减少趋势起到暂时的减缓作用。综上，本研究揭示了中、高纬大气相互作用机制对北极气候和海冰产生的调控机理，为深入理解中纬度海洋-大气相互作用以及中-高纬大气遥相关机制起到推动作用。相关研究成果近期在线发表于国际学术期刊Journal of Climate （JCR一区Top期刊，IF=5.7）。
相关文章列表：
Bi, Haibo., Yunhe. Wang, Yu Liang, et al, （2021）. Influences of Summertime Arctic-Dipole Atmospheric Circulation on Sea Ice Concentration Variations in the Pacific Sector of the Arctic During Different Pacific Decadal Oscillation Phases. Journal of Climate, DOI: 10.1175/JCLI-D-19-0843.1
Bi, Haibo., Qinghua Yang, Xi Liang,et al. （2019a）. Contributions of advection and melting processes to the decline in sea ice in the Pacific sector of the Arctic Ocean. The Cryosphere 13(5): 1423-1439.
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