热带太平洋海温异常对北极海冰的可能影响及其机制研究

Arctic sea ice is not only an important indicator of global climate change, but also a memory of climate anomaly. At present it has reduced markedly and rapidly, which suggests that the climate system is very close to a tipping point. Now the scientists mostly focus on Arctic sea ice's impact on the middle and high latitudes. However, the Arctic sea ice and the tropical oceans, as huge thermal source and sink, their interactions certainly will effect the global weather and climate significantly and profoundly. Does the sea temperature anomaly over tropical oceans have impact on the Arctic sea ice? And, on the background of Arctic sea ice rapid decline on a decade basis, does the impact of tropical Pacific ocean on the Arctic sea ice exert some effect on the pass of the tipping point? There is less study related to this topic. Only a few studies just focus on their homochronous relationship. Our finding, however, indicates that the sea temperature anomaly in tropical Pacific on summer has significant impact on the Arctic sea ice formation on autumn and winter seasons, and further effect the threshold passing. So, discovering the fact, that the tropical Pacific sea temperature has a lead effect on the Arctic sea ice, is significant for both science and climate forecast field. Furthermore, sea temperature anomaly over central and eastern tropical Pacific may have different relationship with Arctic sea ice, as well as the dynamical mechanism. Therefore, with the entry point of different sea temperature anomly modes, lead relationship between the tropical Pacific and Arctic sea ice is discussed in this study, in order to comprehensively assess the possible impact of the tropical Pacific on Arctic sea ice.

北极海冰是全球气候变化的指示器和记忆器，近年来它急剧消融，已经接近激发气候系统改变的"临界点"。目前学术界主要关注它对中高纬的影响。然而北极海冰与热带海洋作为巨大的冷源与热源，它们的相互作用对全球大气和气候有重大而深远影响。热带太平洋海温对北极海冰有无影响？在北极海冰急剧消融的年代际背景下热带太平洋对它的影响对引爆临界点有何作用？这方面的研究较少，仅有几篇工作也限于它们的同期关联。我们初步研究发现夏季热带太平洋海温异常对秋冬季北极海冰有显著作用，可能影响其临界点的到来。所以理清热带太平洋海温对北极海冰影响的事实，有重要科学意义，也可为气候预测提供前期信号。同时赤道中、东太平洋海温异常模态与北极海冰的关联和机制也可能不同。因此，本项目以热带太平洋海温的不同模态为切入点，分析它们与北极海冰的超前关联和机制，全面评估热带太平洋海温对北极海冰年际变化的可能影响，为全面认识全球气候变化奠定重要基础。

在全球变暖背景下北极海冰消融剧烈，对全球的天气和气候有着深远影响。热带太平洋上的海温异常模态ENSO不仅受到北极海冰的影响，它也反过来作用于北极海冰，两者存在显著的相互作用。本项目利用动力诊断和数值模拟，分析了在ENSO发展年秋季北极海冰的异常信号，揭示了不同海温异常模态与北极海冰的超前联系，并讨论了其中的物理机制。研究结果指出：（1）对于去除线性趋势的北极海冰变率,无论是EP El Nino年还是CP El Nino年份，在北极地区基本没有明显的海冰异常。而在La Nina位相北极海冰出现了较明显的异常响应，在EP La Nina的发展年夏秋季，喀拉海和巴伦支海附近海冰显著减少约12-15%；而在CP La Nina年却在波弗特海至东西伯利亚海海冰异常偏多。（2）对于秋季北极海冰年际分量，它与同期EP型ENSO的线性相关几乎没有通过检验的区域。然而，不同位相EP ENSO事件在新地岛以东喀拉海海域的海冰均表现为显著的负距平，表明EP ENSO对北极海冰年际分量具有较强的非线性作用。在EP El Niño年喀拉海海冰异常偏少与西太暖池附近被抑制的对流所激发的负位相的PJ波列有关，高纬地区异常反气旋环流形成了由较暖的中高纬地区向喀拉海区的暖平流输送，导致海冰异常偏少。而在EP La Niña年秋季北大西洋上空存在一个明显的西风急流中心，与低层西风异常形成准正压响应，有利于北大西洋高纬地区开放性海域的暖水向喀拉海区域输送，加速了融冰进程，导致该地区海冰异常减少。（3）北极海冰融冰量（每年1月与9月海冰密集度之差）存在显著的年代际变化，且有较强的区域性。东西伯利亚海和波弗特海海冰融冰量的平均值和方差均增大，格陵兰岛以东洋面海冰融冰量的量值和变率均在减弱。东西伯利亚海海冰融冰量的增加与融冰量EOF第一模态年代际变化相关，而EOF第二模态则明显造成了波弗特海海冰的年代际消融。第二模态与AO的相关系数在1960-1990年仅为0.186，而1980-2010年升高至0.367，东西伯利亚海冰融冰量与AO在1980-2010年相关达到了0.4以上，而波弗特海融冰量与AO在1960-1990年相关系数高达-0.488。