北极放大的关键区反馈机理及其对东亚气候的影响

Arctic amplification effect on the climate in recent decades as global warming caused by the rapid melting of Arctic sea ice, is one of the hot issues of global change science. In particular, the global warming hiatus since the late 1990s, as well as the worldwide frequency of extreme weather events, make people pay more attention to the contribution of climate change on the Arctic. Although the Arctic amplification in numerical simulation of future climate predictions appear in significantly, but the actual observation area and the data has shown differences, caused a lot of controversy. The reason is the lack of insight understanding for nature of the Arctic amplification mechanism. Feedbacks contributing to Arctic amplification currently mainly include surface albedo feedback, temperature feedback, cloud feedback, water vapor feedback, and oceanic and atmospheric heat flux transport. However, which is the dominant contribution still exists in different opinions. Analysis showed that Arctic amplification is not synchronized with the global warming hiatus and spatial heterogeneity, different seasons primary feedback mechanism is different. Based on this, the project will look for key regions of the Arctic amplification under the different global warming backgrounds. Systematic analysis of the key area in different seasons of the Arctic amplification feedback process will be performed. The project will also reveal the impact of this critical area of ​​abnormal heating in mid-latitude Rossby waves, and clarify its possible impact and mechanism on the East Asian trough and the East Asian climate change.

近几十年来随着全球变暖北极海冰快速融化引起的北极对气候的放大效应，是全球变化的热点科学问题之一，特别是从上世纪九十年代末以来出现的全球变暖停滞，以及世界范围极端气候事件频发，使得人们更加关注北极变化对气候的贡献。虽然北极放大在对未来气候预测的数值模拟中均显著出现，但实际观测中却表现出区域和资料的差异性，引起不少争论，归根到底是对北极放大的机理缺乏本质的理解。目前对北极放大有贡献的主要有地表反照率反馈、温度反馈、云反馈、水汽反馈以及海洋和大气热量输送几种机理，但哪种贡献占优仍众说纷纭。分析表明，北极放大与全球变暖停滞并不同步，且空间不均一，不同季节主要的反馈机制也不同，基于此，本项目将从寻找全球变暖不同背景下北极放大的关键区特征出发，系统地分析北极放大关键区不同季节的反馈过程，进而揭示这种关键区异常加热对中纬度罗斯贝波变异的可能影响，阐明其对东亚大槽变化和东亚气候的可能影响和机理。

本项目从寻找全球变暖不同背景下北极放大的关键区特征出发，系统分析了北极放大关键区不同季节的反馈过程，进而揭示这些关键区异常加热对对东亚大槽变化和东亚气候的可能影响。主要研究成果有：1）北极放大因子的不同时空尺度特征。构建了一个能较好地反映北极放大时空差异的新的北极放大指数，且该指数清晰地反映了21世纪初以来北极所发生的秋季最显著的加速增温放大现象。该指数的优点是可以更详细地研究北极放大的不同时间尺度特征。发现了北极放大在全球变暖和变暖减缓停滞前后两个时段也存在显著的年代际变化特征，及其与北极涛动之间关系的年代际转型特征。2）各种反馈机制对北极放大的影响。确定了不同季节不同年代北极放大-海冰耦合的关键区，冬春季节的关键区主要位于巴伦支海-喀拉海大西洋扇区，随后夏秋季节关键区逐渐沿逆时针方向扩展到太平洋扇区的波弗特海；进入全球变暖停滞阶段后，北极海冰范围快速融化，且在2007年之后海冰的加速融化向北极中央区扩张，北极中央区成为新世纪的耦合反馈关键区。夏秋季节的北冰洋海区仍然以海冰反照率正反馈为主，冬季则主要以温度直减率反馈为主，春季北欧海区由于超强气旋的增多而引起的低云减少-中高云增加所导致的云辐射反馈作用加大，春、秋季节北极海冰在融冰期和结冰期的动力、热力反馈的接力作用形成了一种新的影响北极放大的机制。3）北极放大对东亚气候的影响。发现巴伦支海-喀拉海的海-冰-气耦合反馈对中国极端干旱几个主模态中的秋冬春三季连旱、秋-冬季反位相、冬-春季反位相模态都有一定的贡献，并可以为东亚初夏副热带锋面降水的预报提供长时效预报因子；秋冬季该关键海区海冰的融化还可以通过影响北极涛动核心区的源汇强迫，进而影响中国的倒春寒的发生；夏季东西伯利亚海和波弗特海的海冰融化也是北极放大的关键区，其变化对秋季西北太平洋热带气旋强度ACE（累积气旋能量）的预报有不可忽视的作用。