北極海冰在近幾十年來的迅速減少是全球氣候變化中最顯著的特征之一。諸多研究表明，北極海冰的減少會通過平流層、對流層兩種途徑對冬季的歐亞大陸天氣氣候產生顯著的影響。已有的研究大多聚焦於秋季北極海冰對後期冬季歐亞大陸的影響，但是秋季北極海冰滯後影響的不確定性，很可能與夏季大氣環流的狀態有關。

我系博士研究生於騏愷（第一作者）和武炳義教授（通訊作者）通過利用ERA-interim再分析資料以及CAM4數值模式模擬，揭示了夏季北極大氣環流動力和熱力狀態可以調節北極海冰對東亞冬季風變率的滯後影響。

觀測研究發現，當北極夏季為反氣旋性環流（氣旋性環流）異常時🧔🏿‍♂️🏃‍♂️，由於海冰-氣之間的動力及熱力作用👮🏿‍♀️，通常對應秋、冬季節喀拉海至波弗特海海域海冰偏少（偏多），進而引起後期東亞冬季風的加強（減弱）。夏季北極反氣旋性環流指數與冬季東亞地表溫度的相關系數可達0.7左右（超過99%的置信水平）。

在CAM4試驗中，同時考慮夏季北極大氣環流的狀態作為模式大氣的初值，以及相對應的北極海冰為邊值時（簡稱為大氣-海冰協同強迫模擬試驗）🙄，強迫試驗的結果可以很好地再現觀測到的東亞冬季風變率的主要優勢特征。而當夏季大氣環流初值狀態與海冰邊值不匹配（簡稱為大氣-海冰不匹配強迫模擬試驗），即北極反氣旋性環流（氣旋性環流）異常對應海冰偏多（偏少）時，模擬結果無法再現觀測到的東亞冬季風變率主要特征。

上述研究結果表明，北極夏季大氣環流的熱力和動力狀態，不僅影響同期的北極海冰，而且是調節北極海冰滯後影響東亞冬季風變率的重要因子之一，更是造成北極海冰滯後影響呈現不確定的原因之一。因此，夏季北極大氣環流的狀態以及相對應的北極海冰異常🗽🧭，是預測東亞冬季風趨勢的潛在前兆信號之一🧑🏽‍✈️。相關研究於2023年發表在《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》期刊上。

論文信息：Yu, Qikai & Wu, Bingyi. (2023). Summer Arctic Atmospheric Circulation and Its Association With the Ensuing East Asian Winter Monsoon Variability. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 128.

論文鏈接：DOI:10.1029/2022JD037104 

圖1.東亞冬季風北方模態的PC1時間序列回歸前期夏季的大氣環流😐。（a）300hPa緯向風（m/s）;（b）500hPa位勢高度（gpm）;（c）500hPa溫度（℃）;（d）850hPa比濕（kg/kg）;（e）緯向平均的緯向風（m/s）;（f）緯向平均的位勢高度（gpm）;（g）緯向平均的氣溫(℃);（h）緯向平均的比濕（kg/kg）。

圖2.夏季北極反氣旋性環流、北極海冰以及東亞冬季風的變化特征🍚👩🏼‍🦳。橫坐標表示北極反氣旋性環流強度，縱坐標表示海冰減少強度，填色表示東亞冬季風強度👱‍♂️。

圖3.兩組大氣-海冰協同強迫模擬試驗中地表氣溫、地表氣壓以及500hPa位勢高度響應🎯。（a）-（c）顯示為增強的東亞冬季風特征🔠。（d）-（f）顯示為減弱的東亞冬季風特征。

圖4.兩組大氣-海冰不匹配強迫模擬試驗中地表氣溫、地表氣壓以及500hPa位勢高度響應。在夏季大氣環流初值狀態與海冰邊值不匹配的情況下✊🏽，模式不能夠準確再現觀測到的東亞冬季風變率主要特征🅱️。