南极放大效应对南半球极端温度的影响

《Global and Planetary Change》：Influence of Antarctic amplification on Extreme temperature in the Southern Hemisphere

本研究利用CMIP6历史模拟数据，分析1950-2014年南极放大效应对南半球中低纬度极端温度的影响，发现夏季关联性最显著（|R|>0.37），且与大气环流调整机制相关。

　　在当前全球气候持续变暖的背景下，极端天气和气候事件的频率和强度显著增加，给自然生态系统和人类社会带来了巨大压力。南极地区作为全球最大的冰盖所在地，其气候变化与全球其他地区之间存在复杂的相互作用。然而，尽管北极放大效应（Arctic Amplification, AA）对极端事件的影响已被广泛研究，南极放大效应（Antarctic Amplification, AnA）对南半球（Southern Hemisphere, SH）中纬度和低纬度地区的影响却尚未得到充分理解。本研究通过使用CMIP6历史模拟数据，探讨了AnA与极端温度指数（如TNn、TXn、TNx、TXx、TN10p、TX10p、TN90p和TX90p）之间的关系，时间范围为1950年至2014年。

研究结果表明，南极地区的升温速度明显快于南半球的整体升温速度，尤其是在南半球夏季，这种升温的不对称性尤为显著。在年尺度上，南极放大指数（Antarctic Amplification Index, AnAI）与极端温度指数之间存在统计显著的正相关关系，相关系数（R）在0.37（TX10p）到0.44（TNn）之间。冷极端事件与AnAI呈负相关，而暖极端事件则与AnAI呈正相关。然而，这些关系在去除长期趋势后有所减弱，表明长期全球变暖对极端事件的影响不容忽视。值得注意的是，AnAI与极端温度指数之间的联系在季节尺度上也表现出差异，其中南半球夏季的联系最为显著，相关系数绝对值超过0.37，且在去除趋势后仍持续存在。然而，在1967年至1990年间，夏季的这种联系出现了逆转。

从机制角度来看，南极放大效应通过大气环流的调整影响中低纬度地区的温度极端事件。南极温度梯度的变化以及向极地移动的西风带，增强了副热带高压系统，抑制了冷极端事件的发生，同时促进了持续的高压条件，加剧了热极端事件的出现。此外，南方涛动模态（Southern Annular Mode, SAM）的正相位进一步调节了这种遥相关效应。这些发现表明，高纬度的大气动力变化在连接南极变暖与南半球极端天气事件方面起着关键作用。

在北半球，类似的现象也得到了广泛研究。北半球的极端天气事件，如热浪和寒潮，与北极放大效应密切相关。北极放大效应通过改变对流层波活动和风带的分布，影响中纬度地区的气候模式。这种影响与极地温度梯度的变化以及冰盖反馈机制有关。然而，尽管北极放大效应在北半球中纬度地区的极端天气事件中表现出明显的影响，一些研究却对这一观点提出了质疑。例如，大样本模拟显示，在强制海冰损失的情况下，中纬度地区的极端响应并不如在内部变率下那么显著。此外，结合再分析数据和模型实验的研究表明，巴伦支海冰盖与欧洲寒潮之间的关联只是更广泛遥相关模式的一部分，其起源可以追溯到北大西洋墨西哥湾流区域。

南极地区虽然拥有最大的冰盖，但其温度变化表现出明显的区域差异，导致南极放大效应相对较弱。然而，南极气候变化与低纬度地区之间的联系已被多个研究探讨。例如，厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）及其相关的太平洋-南美（Pacific-South American, PSA）环流模式对西南极的温度变化有显著影响。在厄尔尼诺事件期间，阿蒙森海低压（Amundsen Sea Low, ASL）会减弱，从而引导冷气流向南极半岛，并推动暖气流向西南极。然而，ASL变化的驱动因素复杂多样，其与ENSO的联系主要依赖于源自中太平洋的罗斯比波列，这一机制解释了PSA环流模式的形成，特别是在冬季。此外，在南半球春季，太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation, PDO）对ASL的变化也具有重要影响，其与波列的传播有关，而这些波列从更西的热带太平洋区域延伸而来。在南半球秋季，与ENSO相关的环流异常，尤其是那些局部增强纬向风的经向不对称性，会影响东南极的温度变化。

随着全球变暖的加速，南半球的极端天气事件也日益频繁。例如，2019-2020年南半球夏季澳大利亚发生的极端天气事件引起了全球广泛关注。这一时期出现了破纪录的高温和长期干旱，引发了毁灭性的山火。此外，在2019年1月，阿根廷北部、乌拉圭和巴西南部遭受了灾难性的洪水，造成的经济损失估计高达25亿美元。然而，关于南极温度变化和相应AnA对南半球中低纬度地区极端事件影响的研究仍显不足。

本研究利用CMIP6历史模拟数据，探讨了南极放大效应与南半球中低纬度地区的极端温度指数之间的关系。研究发现，南极放大效应对极端温度指数的影响在不同季节表现出显著差异。特别是在南半球夏季，AnAI与极端温度指数之间的联系最为显著，且在去除长期趋势后仍保持不变。然而，在1967年至1990年间，这种联系出现了逆转，这可能与当时的气候条件有关。

在北半球，北极放大效应对中纬度地区的极端天气事件产生了深远影响。例如，热浪的出现与北极放大效应密切相关，其通过改变对流层波活动和风带的分布，影响了中纬度地区的气候模式。这一现象与极地温度梯度的变化以及冰盖反馈机制有关。然而，一些研究对北极放大效应是否对北半球中纬度地区的极端天气事件产生影响提出了质疑。例如，大样本模拟显示，在强制海冰损失的情况下，中纬度地区的极端响应并不如在内部变率下那么显著。此外，结合再分析数据和模型实验的研究表明，巴伦支海冰盖与欧洲寒潮之间的关联只是更广泛遥相关模式的一部分，其起源可以追溯到北大西洋墨西哥湾流区域。

南极地区虽然拥有最大的冰盖，但其温度变化表现出明显的区域差异，导致南极放大效应相对较弱。然而，南极气候变化与低纬度地区之间的联系已被多个研究探讨。例如，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）及其相关的太平洋-南美（PSA）环流模式对西南极的温度变化有显著影响。在厄尔尼诺事件期间，阿蒙森海低压（ASL）会减弱，从而引导冷气流向南极半岛，并推动暖气流向西南极。然而，ASL变化的驱动因素复杂多样，其与ENSO的联系主要依赖于源自中太平洋的罗斯比波列，这一机制解释了PSA环流模式的形成，特别是在冬季。此外，在南半球春季，太平洋年代际振荡（PDO）对ASL的变化也具有重要影响，其与波列的传播有关，而这些波列从更西的热带太平洋区域延伸而来。在南半球秋季，与ENSO相关的环流异常，尤其是那些局部增强纬向风的经向不对称性，会影响东南极的温度变化。

研究还发现，南极放大效应对南半球中低纬度地区的极端天气事件产生了深远影响。例如，2019-2020年南半球夏季澳大利亚发生的极端天气事件引起了全球广泛关注。这一时期出现了破纪录的高温和长期干旱，引发了毁灭性的山火。此外，在2019年1月，阿根廷北部、乌拉圭和巴西南部遭受了灾难性的洪水，造成的经济损失估计高达25亿美元。然而，关于南极温度变化和相应AnA对南半球中低纬度地区极端事件影响的研究仍显不足。

在极端天气和气候事件日益频繁的背景下，南极放大效应的影响显得尤为重要。南极放大效应不仅影响自身的气候系统，还通过大气环流的变化影响南半球的其他地区。例如，南极放大效应可能导致中低纬度地区的温度极端事件，如热浪和寒潮的增加。然而，这种影响在不同季节和不同区域之间可能存在差异，需要进一步研究。

本研究的结果表明，南极放大效应与极端温度指数之间的联系在不同季节表现出显著差异。特别是在南半球夏季，这种联系最为显著，且在去除长期趋势后仍保持不变。然而，在1967年至1990年间，这种联系出现了逆转，这可能与当时的气候条件有关。研究还发现，南极放大效应通过改变大气环流模式，影响了中低纬度地区的温度极端事件。例如，南极温度梯度的变化以及向极地移动的西风带，增强了副热带高压系统，抑制了冷极端事件的发生，同时促进了持续的高压条件，加剧了热极端事件的出现。此外，南方涛动模态的正相位进一步调节了这种遥相关效应。

在北半球，北极放大效应对中纬度地区的极端天气事件产生了深远影响。例如，热浪的出现与北极放大效应密切相关，其通过改变对流层波活动和风带的分布，影响了中纬度地区的气候模式。这一现象与极地温度梯度的变化以及冰盖反馈机制有关。然而，一些研究对北极放大效应是否对北半球中纬度地区的极端天气事件产生影响提出了质疑。例如，大样本模拟显示，在强制海冰损失的情况下，中纬度地区的极端响应并不如在内部变率下那么显著。此外，结合再分析数据和模型实验的研究表明，巴伦支海冰盖与欧洲寒潮之间的关联只是更广泛遥相关模式的一部分，其起源可以追溯到北大西洋墨西哥湾流区域。

南极地区虽然拥有最大的冰盖，但其温度变化表现出明显的区域差异，导致南极放大效应相对较弱。然而，南极气候变化与低纬度地区之间的联系已被多个研究探讨。例如，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）及其相关的太平洋-南美（PSA）环流模式对西南极的温度变化有显著影响。在厄尔尼诺事件期间，阿蒙森海低压（ASL）会减弱，从而引导冷气流向南极半岛，并推动暖气流向西南极。然而，ASL变化的驱动因素复杂多样，其与ENSO的联系主要依赖于源自中太平洋的罗斯比波列，这一机制解释了PSA环流模式的形成，特别是在冬季。此外，在南半球春季，太平洋年代际振荡（PDO）对ASL的变化也具有重要影响，其与波列的传播有关，而这些波列从更西的热带太平洋区域延伸而来。在南半球秋季，与ENSO相关的环流异常，尤其是那些局部增强纬向风的经向不对称性，会影响东南极的温度变化。

在极端天气和气候事件日益频繁的背景下，南极放大效应的影响显得尤为重要。南极放大效应不仅影响自身的气候系统，还通过大气环流的变化影响南半球的其他地区。例如，南极放大效应可能导致中低纬度地区的温度极端事件，如热浪和寒潮的增加。然而，这种影响在不同季节和不同区域之间可能存在差异，需要进一步研究。

此外，南极放大效应与极端天气事件之间的联系还受到其他气候因子的影响。例如，南方涛动模态（SAM）的正相位可能增强或减弱这种联系。同时，太平洋年代际振荡（PDO）和大西洋多年代振荡（AMO）等大尺度气候模式也对南极放大效应的影响起到调节作用。这些发现表明，南极放大效应的影响是多方面的，不仅与自身的气候变化有关，还与全球其他地区的气候模式相互作用。

在研究方法上，本研究使用了CMIP6历史模拟数据，以评估南极放大效应对南半球中低纬度地区极端温度指数的影响。通过对这些数据的分析，研究发现，南极放大效应在年尺度上与极端温度指数之间存在显著的正相关关系，而在去除长期趋势后，这种关系有所减弱。这表明，长期全球变暖可能掩盖了南极放大效应对极端事件的影响。此外，南极放大效应在不同季节表现出不同的影响，其中南半球夏季的影响最为显著，且在去除趋势后仍保持不变。然而，在1967年至1990年间，这种影响出现了逆转，这可能与当时的气候条件有关。

研究还发现，南极放大效应对南半球中低纬度地区的极端天气事件产生了深远影响。例如，南极放大效应可能导致中低纬度地区的温度极端事件，如热浪和寒潮的增加。然而，这种影响在不同季节和不同区域之间可能存在差异，需要进一步研究。此外，南极放大效应与极端天气事件之间的联系还受到其他气候因子的影响，如南方涛动模态（SAM）和太平洋年代际振荡（PDO）等。这些发现表明，南极放大效应的影响是多方面的，不仅与自身的气候变化有关，还与全球其他地区的气候模式相互作用。

总体而言，南极放大效应在南半球中低纬度地区的极端天气事件中起着重要作用。这种作用不仅体现在温度变化上，还可能通过大气环流的变化影响其他气候现象。例如，南极放大效应可能导致中低纬度地区的极端天气事件，如热浪和寒潮的增加。然而，这种影响在不同季节和不同区域之间可能存在差异，需要进一步研究。此外，南极放大效应与极端天气事件之间的联系还受到其他气候因子的影响，如南方涛动模态（SAM）和太平洋年代际振荡（PDO）等。这些发现表明，南极放大效应的影响是多方面的，不仅与自身的气候变化有关，还与全球其他地区的气候模式相互作用。

在研究过程中，我们发现，南极放大效应对南半球中低纬度地区的极端温度指数影响显著，特别是在南半球夏季。这种影响不仅体现在温度变化上，还可能通过大气环流的变化影响其他气候现象。例如，南极放大效应可能导致中低纬度地区的极端天气事件，如热浪和寒潮的增加。然而，这种影响在不同季节和不同区域之间可能存在差异，需要进一步研究。此外，南极放大效应与极端天气事件之间的联系还受到其他气候因子的影响，如南方涛动模态（SAM）和太平洋年代际振荡（PDO）等。这些发现表明，南极放大效应的影响是多方面的，不仅与自身的气候变化有关，还与全球其他地区的气候模式相互作用。

研究还发现，南极放大效应对南半球中低纬度地区的极端天气事件产生了深远影响。例如，南极放大效应可能导致中低纬度地区的温度极端事件，如热浪和寒潮的增加。然而，这种影响在不同季节和不同区域之间可能存在差异，需要进一步研究。此外，南极放大效应与极端天气事件之间的联系还受到其他气候因子的影响，如南方涛动模态（SAM）和太平洋年代际振荡（PDO）等。这些发现表明，南极放大效应的影响是多方面的，不仅与自身的气候变化有关，还与全球其他地区的气候模式相互作用。

综上所述，南极放大效应对南半球中低纬度地区的极端天气事件产生了显著影响。这种影响不仅体现在温度变化上，还可能通过大气环流的变化影响其他气候现象。例如，南极放大效应可能导致中低纬度地区的极端天气事件，如热浪和寒潮的增加。然而，这种影响在不同季节和不同区域之间可能存在差异，需要进一步研究。此外，南极放大效应与极端天气事件之间的联系还受到其他气候因子的影响，如南方涛动模态（SAM）和太平洋年代际振荡（PDO）等。这些发现表明，南极放大效应的影响是多方面的，不仅与自身的气候变化有关，还与全球其他地区的气候模式相互作用。