北极海冰异常在2007-2010年我国冬季极端天气气候事件形成中的作用

我国冬季2007/2008年南方雪灾、2008/2009年北方旱灾、2009/2010年异常低温雨雪和2010/2011年南冻北旱造成了巨大的经济和社会损失。本项目从北极海冰异常变化角度出发，采用观测资料诊断分析和高分辨率数值模式模拟相结合的方法，研究2007-2010年北极海冰异常在这些极端天气气候事件形成过程中的作用：明确2007-2010逐年北极海冰异常的时空变化特征；分析灾害发生前期和期间北极区域、北半球中高纬大气环流异常及其演变过程；在诊断分析的基础上，设计有针对性的数值试验，揭示2007-2010逐年北极海冰异常对灾害的影响程度、途径和机制。此外，本项目将初步探讨2007-2010逐年北极海冰异常和ENSO相互作用对这些极端天气气候事件的可能影响。

本项目分析了1979年至今卫星反演的北极海冰覆盖范围和密集度在融化期和冻结期的演变特征，并利用气候突变检验方法对秋季海冰时间序列进行分析，找出其变化转折点，将1979-2014年的海冰变化分为三个阶段：1979-1986年（海冰多），1987-2006年(海冰逐渐减少)和2007-2014年(海冰快速减少)。进而比较对应阶段的北半球中高纬度大气环流场的异常及其演变过程。在海冰快速减少阶段，对于平均气候而言，海冰减少伴随着西伯利亚高压的加强，亚洲北部西风的减弱，这使得亚洲中部和中国北部气温异常偏低；对于极端事件而言，海冰减少伴随着急流纬度向南移动和急流速度的减小，大尺度波的振幅加大，乌拉尔山地区阻塞事件增多，使得从亚洲中部到中国北部有更多低温事件发生。利用诊断分析的北极海冰变化作为下垫面去强迫全球大气环流模式，开展了一系列集合数值试验，揭示了北极海冰快速减少对北半球中高纬度大陆地区极端天气气候的影响程度、途径和可能机制。本项目指出北极涛动或厄尔尼诺不能解释近年来出现的冬季异常低温和降雪，而北极海冰快速减少是导致近年来冬季异常低温和降雪的重要因素。我们发现秋季海冰的减少和冬季海冰的延迟恢复，导致大量的热量从海洋传输给大气，减小了经向温度梯度，从而减弱北半球中高纬的西风急流，使其振幅增强，引起阻塞形势出现的频率增加，进而增加了冷空气从北极向中高纬度大陆地区入侵的频率，导致冬季异常低温和降雪。本项目的部分研究成果发表在国际著名期刊PNAS上。