北极海冰融化对夏季欧亚大陆中、高纬度大气环流变率以及极端天气事件的影响

Over the past two decades, accompanied by global warming, Arctic sea ice melting has been persistent, which further enhances Arctic amplification and atmospheric intraseasonal and interannual variability. However, many previous studies stressed impacts of Arctic sea ice loss on atmospheric circulation and extreme weather events during wintertime, and less attention is paid to effects of Arctic sea ice melting on summer atmospheric circulation and high temperature/heatwave. By using observational data and re-analysis data, through diagnostic analyses, numerical simulation experiments, and dynamical theory analyses, this project is to investigate dominant features of Arctic sea ice melting from winter to summer seasons, and its impacts on summer atmospheric circulation, precipitation, and high temperature/heatwave over the mid- and high-latitudes of Eurasia. This project not only has scientific implication but also is benefic for understanding causes for summer atmospheric circulation anomalies and high temperature/heatwave and further improvement of short-term climate predictability.

近二十年来，随着全球增暖的持续，北极海冰的持续减少，北极对全球增暖的放大效应越发凸显，从而加强了北极与中低纬度之间的联系，加大了大气环流季节内和年际变率。但是，以往研究北极海冰异常偏少的影响，主要强调对冬季大气环流和极端天气事件的可能影响，而对夏季气候变率以及极端天气事件的影响研究明显薄弱。本项目利用观测和再分析资料，通过诊断分析、数值模拟和动力学理论分析方法，研究从冬季到夏季北极海冰融化的主要特征，及其对夏季欧亚大陆中、高纬度大气环流、降水以及高温热浪的影响。该项研究不仅在科学上有重要意义，而且，对于我们认识夏季大气环流异常以及高温热浪的形成原因，进而改进和提高预测能力同样具有重要现实意义。

自上世纪90年代后期以来，北极海冰的持续融化成为气候系统变化最为显著的特征之一。北极海冰融化不仅对北极的生态环境产生深远的影响，而且通过复杂的过程对北极以外区域的天气和气候也产生影响。已有大量研究探究了北极海冰融化对冬季天气事件和气候变率的影响，但是，对于北极海冰融化影响夏季大气环流、极端天气事件的研究明显偏少。本项目就是在这样的背景之下，研究了北极海冰融化的主要特征及其对气温、高温热浪频次、降水以及大气环流的可能影响。.研究结果表明，夏季北极海冰融化异常，可以显著地升高亚洲大陆和北美大陆中、高纬度大部分区域的气温，并增加高温热浪事件发生频次。北极海冰融化对夏季北美大陆表面气温的影响可能将更明显。北极海冰融化不仅有利于环北极区域夏季降水增多，也有利于东亚中纬度区域以及西北太平洋降水增加。但是，北极海冰融化异常并不是导致2012年以来夏季华北降水频繁增多的原因。研究揭示了夏季东亚中、低纬度高温热浪发生频次与北极对流层中、低层冷异常有直接的动力联系，即夏季亚洲大陆纬向风的系统性北移是连接北极冷异常与东亚高温热浪的内在机制。研究发现，北极夏季对流层上层纬向西风异常是预测后期东亚冬季风的前兆信号。北极海冰异常融化与东亚中、低纬度区域夏季高热热浪发生没有必然的联系。研究揭示了夏季北极冷异常频繁出现抑制了海冰融化。揭示了夏季欧亚大陆北部以及北极区域短波云辐射冷却效应在年际和季节内时间尺度上可以影响东亚的高温热浪天气。研究揭示了北极海冰持续消融有利于年代际暖北极-冷欧亚以及暖北极-暖欧亚温度异常交替出现，2012/13年冬季以来，北极-亚洲气温联系的减弱是由北极海冰持续消融引起的北极增暖加强的结果。因此，北极海冰消融影响的不确定性，部分原因是由于我们认知不够造成的。这些结果对于我们深入理解北极海冰融化对中纬度区域的影响有重要参考意义。