同濟大學劉忠方研究成果發表于《美國科學院院報》，揭示大氣強迫對北極冬季海冰消融的主導作用

來源：海洋與地球科學學院 時間：2022-09-02 瀏覽：

近日，國際著名期刊《美國科學院院報》（pnas）以“atmospheric forcing dominates winter barents-kara sea ice variability on interannual to decadal timescales”為題在線發表了同濟大學海洋地質國家重點實驗室劉忠方教授與合作者研究成果，揭示了大氣強迫在北極冬季海冰消融過程中的主導作用。

2022年夏季，極端熱浪席卷了北半球多個國家和地區，從東亞、北美到歐洲都經歷了破記錄的持續高溫，就連寒冷的北極也未能幸免，出現了32℃以上的高溫。氣候變化正在改變著我們賴以生存的星球，特別是在北極地區，加速變暖導致這里的海冰正在以過去千年來前所未有的速率消退。據衛星觀測，自1979年以來，北極夏季海冰覆蓋范圍減少了40%，預計到本世紀中葉或更早，北極將面臨夏季無冰的狀況。由于海冰的加速消退，北極正在進入一種全新的氣候狀態，科學家將其稱之為“新北極”。“新北極”出現不僅改變了北極地區的生態和環境，還通過大尺度的海氣環流影響中緯度，甚至是全球的天氣和氣候。

相對于夏季海冰變化，學術界和社會公眾對冬季海冰的關注普遍較少，主要是因為其變化和趨勢均很小，但是，這種狀況自本世紀開始正悄然發生改變。衛星觀測顯示，北極冬季海冰自2005年開始迅速減少，特別是在巴倫支海—喀拉海（bks）地區，其減少速率幾乎與夏季相當，貢獻了超過1/3的北極冬季海冰變化，成為整個北極冬季消融最快、增溫最強的熱點區域。什么原因導致了bks的海冰消退呢？最近的研究認為海洋與大氣環流扮演著重要角色，但這二者分別的影響強度存在巨大爭議。

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圖1.(a)冬季海冰密集度（sic）線性趨勢; (b)北大西洋暖水輸送通量(oht)與bks sic距平時間序列;(c)大氣環流距平(z300)相于bks sic指數的回歸;(d)bks sic與z300距平時間序列

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圖2.觀測(a)與模擬(b)的sic對大氣環流(z300)響應;(c)觀測的bks sic與z300距平時間序列;(d)觀測與模擬的bks sic距平時間序列;(e)模擬的bks sic與z300距平時間序列

針對上述問題，劉忠方與合作者利用衛星觀測、海洋與大氣再分析數據及數值模擬發現，大氣強迫主導了北極冬季海冰消融，解釋了一半以上的年際海冰變化（圖1和2）。在北半球冬季，歐亞海盆受持續增強的反氣旋環流控制（圖1c），擴大了該地區的熱量和水汽輸送，導致氣溫和向下的長波輻射增加，加速了海冰消融（圖3）。在未來變暖背景下，該反氣旋環流將會持續增強，進一步加劇北極海冰消融。該項研究厘清了大氣與海洋過程對冬季海冰消融的相對貢獻，以及海冰消融與大氣環流的因果關系，同時，解釋了北極放大效應背景下中緯度地區產生極端天氣和氣候事件的原因。

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圖3.觀測（a-c）與模擬(d-f)的熱力過程對大氣環流(z300)響應. (a與d) 熱量輸送與溫度;（b與e）水汽輸送與濕度; (c與f) 向下的長波輻射

論文第一和通訊作者均為同濟大學海洋地質國家重點實驗室劉忠方教授，合作單位包括法國索邦大學、中山大學、新加坡國立大學、美國密歇根大學、中科院大氣所、自然資源部第二海洋研究所和美國猶他大學。該項研究得到國家自然科學基金面上項目與杰出青年基金資助。

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