海洋所研究揭示秋季北極海冰減少增強(qiáng)冬季烏拉爾阻塞及歐亞大陸冷異常機(jī)制
近日,中國科學(xué)院海洋研究所王凡團(tuán)隊聯(lián)合中國科學(xué)院大氣物理研究所羅德海團(tuán)隊在JCR一區(qū)Atmospheric Research發(fā)表最新研究成果,揭示了秋季喀拉海-東西伯利亞海(Kara-East Siberian Sea, KESS)海冰減少有利于增強(qiáng)冬季烏拉爾阻塞以及歐亞大陸高緯度冷異常的物理機(jī)制,為冬季歐亞大陸高緯度氣溫變化的季節(jié)預(yù)測提供新的理論支撐。
在全球變暖的大背景下,近幾十年,北極增暖速度是全球平均的3倍以上,北極海冰急劇減少。以往研究表明,北極海冰減少與歐亞和北美大陸的極端寒冷天氣密切相關(guān)。不僅冬季海冰會影響同期歐亞大陸極寒天氣,秋季海冰也是冬季歐亞大陸氣溫變化重要的先兆因子。但秋季海冰對冬季歐亞大陸氣溫的影響并不穩(wěn)定。北大西洋濤動(North Atlantic Oscillation, NAO)被認(rèn)為是聯(lián)系秋季海冰與冬季中緯度氣候的重要媒介,很多模式卻無法重現(xiàn)負(fù)位相NAO對秋季海冰減少的響應(yīng)。因此NAO作為媒介的觀點(diǎn)并不穩(wěn)健。此外秋季海冰變化的區(qū)域敏感性也是冬季氣候響應(yīng)不穩(wěn)定的關(guān)鍵原因之一,所以劃分區(qū)域來研究海冰變化的影響是非常必要的。2020年秋季北極海冰減少至1979年以來歷史第二低值,KESS區(qū)域海冰卻打破最低值記錄。中國科學(xué)院大氣物理研究所姚遙等人(2021)發(fā)現(xiàn),KESS海冰異常減少可通過影響烏拉爾阻塞(Ural Blocking, UB)促成了當(dāng)年12月至次年1月中國的極端低溫事件。但這只是個例分析,秋季KESS海冰影響冬季歐亞大陸氣溫是否具有普適性還不清楚。

秋季KESS海冰減少影響冬季UB事件和歐亞大陸冷異常的物理機(jī)制
研究團(tuán)隊通過分析觀測數(shù)據(jù)和進(jìn)行敏感性試驗發(fā)現(xiàn),秋季KESS海冰減少有利于增強(qiáng)冬季UB事件的強(qiáng)度并延長它的生命周期,進(jìn)而降低歐亞大陸高緯度氣溫。秋季KESS海冰減少會激發(fā)上傳行星波,減弱平流層極渦。弱極渦維持到冬季,引發(fā)下傳行星波,減弱了烏拉爾地區(qū)的緯向風(fēng)和經(jīng)向位渦梯度。根據(jù)羅德海等人(2000,2014,2019)的非線性多尺度相互作用理論模型,經(jīng)向位渦梯度減小,阻塞非線性增強(qiáng),頻散性減弱,能維持更長的生命周期。因此,弱的緯向風(fēng)和經(jīng)向位渦梯度為UB的發(fā)展和維持提供了有利的背景環(huán)流條件。不僅如此,冬季持續(xù)發(fā)生的UB在2月下旬激發(fā)向上行星波,與弱極渦形成一個正反饋,有利于信號繼續(xù)向春季傳遞,或許能為秋季北極海冰影響春季中緯度大陸氣候提供新思路。
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士后宋元元,通訊作者為中國科學(xué)院大氣物理研究所姚遙副研究員,合作者還有羅德海研究員和李元龍研究員。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(42375061,41975068,42150204和42288101)的資助,以及國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”(寰)的支持。
論文信息:Yuanyuan Song, Yao Yao, Dehai Luo, Yuanlong Li, 2023: Loss of autumn Kara-East Siberian Sea ice intensifies winter Ural blocking and cold anomalies in high latitudes of Eurasia. Atmospheric Research. 295: 107038. doi: 10.1016/j.atmosres.2023.107038.
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