《Global and Planetary Change》：A synthesis of pollen sequences from the central-western Tibetan Plateau reveals regional aridification since the Middle to Late Holocene
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巴伦支-卡尔斯海冰锐减通过北极湿气侵入触发大气强迫，导致欧亚冬季气温先冷后暖，4-8天滞后且2010年后关联性增强。海冰减少通过开放海面增强感热通量，进而加热欧亚大陆。模型证实海冰减少是欧亚升温的主因，机制涉及海气相互作用和长波辐射反馈。
张艳|蔡雷|陈文|耿涛|连宇|杨若文
中国昆明云南大学大湄公河次区域气象灾害与气候资源重点实验室
摘要
关于巴伦支-喀拉海（BKS）海冰减少与欧亚冬季气温变化之间的联系一直存在争议。我们发现，当北极湿气侵入时，欧亚地区的温度会先下降后上升，这是导致北极变暖的重要天气尺度大气强迫因素。特别是，欧亚地区的气温上升通常发生在BKS海冰快速减少后的4-8天内，而且自2010年以来这种关系变得更加明显。BKS海冰减少对大气环流并没有显著影响。相反，开阔的海面会刺激向上的湍流热通量，这种热通量的输送通过增强向下的长波辐射通量来使欧亚地区变暖。这种热力学效应产生的温度异常与温度下降的幅度相当。模型实验证实，BKS海冰减少是导致欧亚地区变暖的主要因素。
引言
气候变化下北极加速变暖的现象被称为“北极放大效应”，其特征是欧亚地区在冬季出现降温（Cohen等人，2014；Kug等人，2015；Cohen等人，2020），形成了所谓的“暖北极-冷欧亚”（WACE）气候模式（Mori等人，2014；Sung等人，2018；Kim等人，2021；Jun等人，2024）。WACE是欧亚中高纬度地区典型的冬季气温模式，其变化明显调节了冬季极端气候事件，例如2020/2021年的破纪录寒潮（Zhang等人，2021；Zheng等人，2022a，Zheng等人，2022b；Zhou等人，2023）。与此同时，北极海冰正在减少，尤其是在巴伦支-喀拉海（BKS）地区。秋季BKS海冰覆盖范围的减少可能通过平流层-对流层耦合机制改变大气环流，导致平流层极地涡旋减弱和地表北极涛动的负相位，从而从季节平均值或年际角度来看，使欧亚地区出现寒冷冬季（Honda等人，2009；Inoue等人，2012；Kim等人，2014；Nakamura等人，2015；Jaiser等人，2016；Siew等人，2020；Jang等人，2021；Zhuo等人，2022）。
WACE模式与欧亚地区冬季气候的季内变化密切相关，表现为交替出现的相反的气温模式，即“冷北极-暖欧亚”（CAWE）（Xu等人，2022；Zhong和Wu，2022；Yin等人，2023；Zhang等人，2023）。特别是从2012年开始，WACE的季内反转变得更加频繁和明显（Yin等人，2023），表现为冬季北极和欧亚地区气温对比度的减弱。WACE和CAWE之间的短期反转增强了冬季气温的变异性（Zhang等人，2023），并可能加剧欧亚地区的极端气候事件（Park等人，2011；Park等人，2014）。以往的研究将WACE的反转归因于乌拉尔阻塞和行星波活动的变化（Luo等人，2022a，Luo等人，2022b；Xu等人，2022；Yin等人，2023；Xu等人，2024）。乌拉尔阻塞的增强加上北大西洋涛动（NAO）的正相位促进了暖空气向北输送和冷空气向南侵入，从而形成了WACE模式（Luo等人，2016a；Luo等人，2016b；Kim等人，2021）。值得注意的是，乌拉尔阻塞也受到大尺度大气环流模式的影响，如厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、拉尼娜现象、太平洋年代际涛动和大西洋多年代际涛动等（Luo等人，2021；Luo等人，2022a，Luo等人，2022b；Luo等人，2024）。当阻塞向东移动或减弱时，冷暖空气输送的动力学路径会受到干扰，导致CAWE模式的发展（Xu等人，2024）。在反转过程中（Zhang和Screen，2021；Nie等人，2022；Zhang等人，2023），BKS海冰的变化机制尚不清楚。
BKS海冰与欧亚地区气温之间的短期相互作用在年际尺度上表现出一些不一致性。这是因为北极和欧亚地区之间的日常联系是变化的，并不能在整个冬季持续存在（Rudeva和Simmonds，2021）。数值模拟显示，在北大西洋涛动负相位事件期间，BKS海冰减少会导致欧亚地区温度短暂下降，但随后暖空气的输送会抵消这种动态降温（Nie等人，2022）。尽管BKS海冰减少和欧亚地区降温同时发生，但它们都是北极变暖的结果，而非原因（Blackport等人，2019；Yin等人，2025）。尽管关于欧亚冬季气温变化的贡献因素及其与BKS海冰减少关系的争论很多，但这些研究通常忽略了北极变暖后较长时间内气温的变化情况，在这段时间内，之前减少的BKS海冰可能已经成为了气温变化的先决条件。
随着气候变化导致北极变暖，BKS地区的海冰变得更薄，覆盖范围也更小，尤其是在2007年之后（Simmonds和Li，2021）。较薄的冰层更容易受到天气尺度大气强迫的影响，例如来自大西洋的暖湿空气输送（Woods和Caballero，2016）。在本研究中，我们关注BKS海冰减少作为北极湿气侵入事件的结果，探讨其对BKS和欧亚地区冬季气温变化的影响。我们进行了模型实验，以量化BKS海冰减少对气温变化的贡献。
数据来源
我们使用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA5再分析数据集作为大气背景（Hersbach等人，2020）。由于ERA5在北极地区的可靠性较高（Graham等人，2019；Wang等人，2019），因此特别适合用于本研究。所选变量的空间分辨率为1°，包括向下长波辐射（DLR）、地势高度（GPH）、低云量（LCC）、地表潜热通量（SLH）和气温（SAT）等。
BKS海冰与欧亚冬季气温的共变关系
对2000年至2022年间23个年份中BKS海冰浓度异常与欧亚地区气温异常的滞后线性相关性分析显示，在13个年份中，BKS海冰的快速减少与欧亚地区气温异常呈正相关。在这些年份中，负相关系数的显著性检验在95%置信水平上通过，平均滞后时间为6天（±2.38天）。值得注意的是，只有4个年份显示出显著的负相关性。
结论与讨论
本研究揭示了一个重要的过程，该过程在双周时间尺度上调节了北极和欧亚地区的温度变化。来自北大西洋的湿气侵入事件作为北极变暖的热源，导致欧亚地区在2-3天后出现降温（Yin等人，2025）。由湿气侵入事件引起的海冰减少以及BKS地区的相应升温在欧亚地区变暖中起主要作用。
资助说明
本研究由中国国家自然科学基金（42375042、42375050）和云南省基础研究计划（202401AT070429、202201AU070042、202501AT070028、202403AP140009、202301AV070001）共同资助。
作者贡献声明
张艳：撰写——初稿、可视化、方法论。
蔡雷：撰写——审阅与编辑、软件、方法论、资金获取、概念化。
陈文：撰写——审阅与编辑、方法论、概念化。
耿涛：撰写——审阅与编辑。
连宇：撰写——审阅与编辑。
杨若文：项目管理、方法论、资金获取、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
