《Advances in Climate Change Research》：Eurasian snow memory links winter Barents–Kara Seas sea-ice forcing to East Asian early-summer rain belt anomaly
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北极海冰变率已被广泛认为与东亚降水异常相关联，且其响应随区域和季节而变化。前期研究显示，巴伦支–喀拉海（Barents–Kara Seas, BKS）冬季海冰偏多时，往往伴随6月长江—淮河流域（Yangtze–Huai River Valley,
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北极海冰变率已被广泛认为与东亚降水异常相关联，且其响应随区域和季节而变化。前期研究显示，巴伦支–喀拉海（Barents–Kara Seas, BKS）冬季海冰偏多时，往往伴随6月长江—淮河流域（Yangtze–Huai River Valley, YHRV）降水增多而华南降水减少的雨型。然而，连接冬季BKS海冰与东亚初夏雨带的跨季节路径仍未得到充分理解。本研究利用观测诊断和第六版社区大气模式（Community Atmosphere Model version 6, CAM6）敏感性试验，考察欧亚雪记忆是否在跨季节尺度上连接冬季BKS海冰与东亚初夏雨带。过程诊断识别出一条物理上连贯的“海冰—雪—土壤湿度—急流”路径，以桥接这一跨季节关联。冬季BKS海冰偏多伴随类正北极涛动（Arctic Oscillation, AO）环流异常及欧亚北部增强的雪水储量。该雪异常的一部分持续至5—6月，覆盖欧亚东北部，在融雪季节促进土壤偏湿和地表偏冷。由此产生的地表冷却降低高纬欧亚对流层低层厚度，增强经向厚度梯度，并伴随东亚上空上层西风急流增强。增强的上层急流有利于YHRV上空的异常上升运动，同时低层水汽辐合为雨带输送水汽。上述环流异常共同支持了所观测到的中国东部6月降水偶极子。仅施加冬季BKS海冰扰动的CAM6试验未产生统计上稳健的集合平均降水偶极子。然而，在YHRV降水增强且华南降水减少的选定成员中，呈现出欧亚东北部雪持续、地表偏湿偏冷、高纬厚度减小、上层西风增强以及YHRV上升运动增强的连贯序列。这些发现将欧亚东北部雪记忆确定为连接冬季BKS海冰异常与东亚初夏雨带的关键陆—气桥梁。
论文解读
一、研究背景与科学问题
北极海冰是气候系统的关键组成部分，通过调节地表反照率和高纬度海—气热量与水汽交换，对气候产生重要影响。近几十年来北极海冰的快速减少改变了低层对流层加热、静力稳定度和风暴轴活动，从而可能影响中纬度大气环流。在北极各海区中，巴伦支—喀拉海（BKS）因其冬季海冰异常伴随强烈的海—气通量强迫，并与欧亚环流变率（包括乌拉尔阻塞、西伯利亚高压和东亚冷空气活动）密切相关而备受关注。然而，北极海冰对中纬度气候影响的稳健性仍存在争议，因为海冰强迫信号相对于大气内部变率往往较弱，且可能强烈依赖于背景环流状态。
这一问题对东亚初夏降水尤为重要。6月是梅雨季节快速季节性转换的时期，主雨带通常在长江—淮河流域（YHRV）建立，并在中国东部发生显著经向位移。该月降水异常因潜在的初夏洪涝风险和水资源管理挑战，在中国人口最密集和经济最重要的区域之一具有重大社会经济影响。从动力学角度看，中国东部6月降水对东亚上层西风急流、低层季风水汽输送、西太平洋副热带高压（WNPSH）和初夏锋区的位相配置高度敏感。因此，YHRV与华南之间的经向降水对比为初夏雨带位移提供了有效表征。
前期研究提出了连接北极海冰与东亚降水的两条宽泛路径：一是相对快速的大气遥相关路径，海冰相关加热异常激发欧亚罗斯贝波响应并改变东亚环流；二是较慢的跨季节路径，海冰相关环流异常影响欧亚雪、融雪、土壤湿度和地表热力条件，使高纬信号持续至暖季并影响下游环流和降水。尽管已有研究识别了这些过程，但各过程的单独贡献及其对下游降水的综合效应仍不确定。对于BKS海区，已有研究将初冬BKS海冰与6月中国东部降水（尤其是YHRV和华南）联系起来，但跨季节传导路径仍不清晰。因此，本研究从雪介导的陆—气相互作用视角，考察冬季BKS海冰异常与6月中国东部降水之间的跨季节地表记忆路径，重点分析信号如何从冬季海冰传递至欧亚雪、从雪调节的5—6月地表热力条件传递至其上急流调整、最终传递至东亚初夏雨带的经向位移。
二、研究设计与主要技术方法
研究人员利用1979—2023年多套观测和再分析资料开展研究。海冰浓度（SIC）取自哈德莱中心海冰和海表温度数据集（HadISST），大气场取自欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料（ERA5），陆面和积雪变量取自ERA5-Land陆面再分析，降水采用全球降水气候计划（GPCP）和中国气象强迫数据集（CMFD）v2.0。关键分析区域包括BKS（70°–85°N，20°–80°E）、YHRV（28°–35°N，110°–122°E）、华南（22°–28°N，112°–122°E）以及欧亚东北部关键雪记忆区（55°–75°N，90°–140°E）。所有月平均场和指数在分析前均进行线性去趋势处理，采用合成分析和相关分析考察冬季BKS海冰与6月降水的关联，并用双尾学生t检验和Benjamini–Hochberg错误发现率（FDR）程序评估显著性。高海冰年和低海冰年根据去趋势后的冬季BKS海冰浓度指数（BKSIC）异常定义（≥+0.5σ和≤?0.5σ），并进一步构建降水一致的HI和LI过程合成组（各8年）。在模式试验方面，研究人员使用第六版社区大气模式（CAM6）在1.9°×2.5°水平分辨率、34层垂直层上开展仅大气敏感性试验：控制试验（CTRL）由1979—2023年月气候态海表温度和SIC强迫；两个敏感性试验EXP_HI和EXP_LI仅在BKS区域冬季SIC上分别替换为BKSIC异常>+1σ和
三、研究结果
3.1 观测中冬季海冰与初夏雨带的跨季节关联
观测分析显示，冬季BKS SIC与6月YHRV降水呈显著正相关（区域相关系数0.33，达0.05显著性水平），华南呈负相关。基于±0.5σ阈值构建的BKSIC-only合成显示YHRV正降水异常和华南部分负异常。进一步筛选出8个高海冰年（伴随正YHRV 6月降水异常）和8个低海冰年（伴随负YHRV 6月降水异常）后，降水条件化合成中YHRV区域平均降水差异从1.47 mm/d增至3.62 mm/d（增幅约146%），华南负差异从?1.23增至?1.79 mm/d（增幅约46%）。FDR检验确认该合成降水型在YHRV正异常和华南部分负异常上仍显著。
3.2 连接冬季BKS海冰与6月东亚雨带的可能物理机制
6月环流分析显示，HI减LI合成中500 hPa位势高度异常沿欧亚北极海岸呈波动型，拉普捷夫海负异常中心向东南延伸至中国北部，与东南亚正异常形成经向偶极子。该配置有利于YHRV水汽辐合增强和雨带加强，同时副热带高压增强西伸和向北水汽输送导致华南降水减少。850 hPa异常反气旋环流沿增强的副高西北侧将水汽输向YHRV，负高度型相关的偏北异常将冷空气带至YHRV，加强并维持梅雨锋。垂直速度剖面显示YHRV上空贯穿对流层的异常上升运动。
冬季环流分析表明，HI减LI合成呈现正AO型环流异常，BKS上空位势高度显著降低，中纬度弱正高度异常，有利于水汽向欧亚北部输送和降雪增加。冬季雪深水当量（SDWE）在欧亚北部呈广泛正异常。随着融雪季推进，雪异常自西欧亚减弱，但欧亚东北部显著正雪异常持续至5—6月。3—4月西欧亚异常反气旋环流促进暖平流加速融雪，而乌拉尔以东偏北异常和弱冷平流延迟融雪，使正SDWE异常持续至初夏。
5—6月欧亚东北部表层土壤湿度显著正异常，地表温度负异常且冷却中心位于高纬欧亚东北部。持续的地表冷却伴随1000–500 hPa厚度在高纬欧亚减小并南伸至中国北部，经向厚度梯度（MTG）正异常出现在负厚度异常南侧，表明高纬偏冷与中纬相对偏暖之间的经向热力对比增强。与此一致，200 hPa急流在东亚上空增强并略北移。YHRV位于增强急流南侧和右入口区，有利于上层辐散支持上升运动。结合低层向北水汽输送增强和副高西伸加强的水汽辐合，YHRV雨带增强，而华南因副高增强和向北水汽输送而降水减少。
3.3 CAM6试验：雪—陆桥的过程支持和概率实现
CAM6全成员集合平均的6月降水响应未复现观测符号的YHRV—华南降水偶极子，且观测型降水异常的出现频率（28/56）与控制试验（24/56）无显著差异，表明冬季BKS SIC强迫单独不足以确定性产生观测的6月雨带异常。
3.3.1 6月降水响应：可检测但受内部变率影响
在56个成员中，28个成员在EXP_HI减EXP_LI响应中呈现YHRV 6月降水增加。这28个成员的合成复现了中国东部经向降水偶极子（YHRV增强、华南减少），与观测结果基本一致，表明模式能复现观测的初夏雨带异常，但该响应并非集合成员间唯一确定。
3.3.2 与欧亚雪异常相关的6月降水
在28个复现观测符号6月降水响应的成员中，进一步筛选出12个在关键雪记忆区具有正冬季平均雪深差异的成员。该12成员子集的6月降水合成呈现更连贯的偶极子结构，与中国观测降水结构的空间相关从28成员子集的0.66增至0.70，表明当雪记忆信号更清晰实现时，模拟的初夏雨带异常型更强且更有组织。
3.3.3 模拟雪信号的季节持续性
12成员子集中，冬季（DJF）欧亚北部出现正雪深异常，3—4月异常增强并东扩至欧亚东北部，5—6月正异常在欧亚东北部持续（随季节融雪向极地退缩），与观测的季节演变一致，表明冬季BKS强迫信号可保留在雪中并携带至初夏雨带建立阶段。
3.3.4 陆面记忆和大气响应
12成员子集中，5—6月高纬欧亚出现正土壤湿度异常（尤其雪异常持续区域），地表温度在欧亚东北部呈负异常。伴随持续偏湿偏冷地表，中纬欧亚局部出现正MTG异常，中纬度正厚度异常增强经向厚度梯度，从而增强东亚上空200 hPa西风。模式模拟的陆面过程和大气热力响应与观测分析基本一致，尽管更局地化且略向东南偏移。
3.3.5 6月环流响应
12成员子集的500 hPa位势高度异常虽不如观测强，但较好地捕捉了从中西伯利亚至中国北部的负高度异常，同时西太平洋出现正高度异常（较观测弱）。该环流型有利于北方冷平流和南方暖平流在YHRV汇合以加强维持梅雨锋，850 hPa南北风异常辐合和贯穿对流层的异常上升运动与YHRV 6月降水增强动力学一致，为模拟的雪—陆—热力—急流路径提供了过程支持。
四、结论与讨论
研究结论可概括为：观测中冬季BKS海冰偏多优先伴随6月经向降水异常（YHRV增强、华南减少）。该研究的关键贡献在于为连接冬季BKS海冰变率与东亚初夏降水异常的雪介导陆—气路径提供了过程证据。高冬季BKS海冰伴随正AO型冬季环流异常和欧亚北部增强的雪水储量，部分雪信号持续至5—6月欧亚东北部，伴随土壤偏湿和地表偏冷。持续地表冷却降低高纬欧亚1000–500 hPa厚度并增强经向厚度梯度，从而加强东亚上层急流。该急流配置有利于YHRV上升运动；低层西伸WNPSH将暖湿空气引向YHRV，与高纬偏北冷气流相遇加强低层辐合，共同支持YHRV增强降水；主水汽辐合带北移使华南处于相对较弱上升和减少降水状态。CAM6试验表明，仅扰动冬季BKS SIC时全成员集合平均不产生统计稳健的6月YHRV—华南降水偶极子，观测型雨型出现频率也未显著增加，因此冬季BKS海冰不应被解释为6月中国东部降水的确定性预测因子。但复现观测符号降水对比的成员（尤其是同时维持欧亚东北部正雪异常至融雪季的成员）呈现雪持续、地表偏湿偏冷、高纬对流层低层厚度减小、经向热力梯度增强、东亚上层西风增强和YHRV异常上升的连贯序列，表明欧亚东北部雪记忆信号是连接冬季BKS海冰异常与东亚初夏雨带的关键桥梁。
讨论部分指出，该研究在既有雪记忆框架基础上，识别了与冬季BKS—6月降水关联相关的区域持续性和热力—动力过程，但存在若干局限：第一，CAM6试验未产生对孤立冬季BKS SIC扰动的稳健集合平均降水响应，弱集合平均响应与选定成员中连贯过程的对比表明内部大气变率可能调节该路径的表达，且由于降水和雪异常包含在成员筛选标准中，选定子集提供的是条件性过程一致性证据而非独立证明；第二，研究聚焦于特定BKS相关雪—陆记忆路径，未明确考虑其他可能影响东亚初夏降水的遥相关大气和海洋因子；第三，欧亚东北部持续雪异常对下游环流和降水异常的贡献尚未通过靶向雪扰动试验分离，此类试验将有助于阐明欧亚东北部雪持续如何影响陆面热力条件、急流调整和降水，以及在何种背景条件下这些过程形成连贯的季节路径。
