烏拉爾山地區月平均大氣環流正、負異常是歐亞大陸中高緯氣候異常的重要指示信號。該地區頻發的阻塞高壓和切斷低壓經常造成大範圍低溫雨雪🧤、持續性偏暖偏幹等高影響天氣和氣候事件♧。近幾十年來，鄰近烏拉爾山地區的巴倫支-喀拉海觀測到海冰不斷消退的長期變化趨勢。海冰不斷消退是否對月際、年際時間尺度上烏拉爾山月平均環流正、負異常的發生有較大影響尚無定論。

我系博士後李冬冬從大氣多平衡態理論的非線性角度研究了上述問題🕥，發現自1979年以來不斷消退的巴倫支-喀拉海海冰在特定月份與滯後1個月的烏拉爾山月平均環流之間存在大致遵循超臨界叉式分岔模型的統計關系，簡稱為“叉式關系”。該成果近日發表於《Climate Dynamics》期刊上。

能夠影響烏拉爾山地區背景西風狀態的因子有很多👵🏽，海冰在特定月份有可能成為主導因子👐🏼。該研究發現💁🏻‍♀️🤽🏼‍♂️，9月（1月）巴倫支-喀拉海平均海冰密集度與10月（2月）烏拉爾山地區850hPa相對渦度指數之間的聯合概率密度函數的峰值區呈現叉子狀圖案（圖1a, b）：當海冰密集度大於臨界值時（次臨界情形）𓀍，存在一種“正常型”優勢流型；當海冰密集度小於臨界值時（超臨界情形），存在“正異常”和“負異常”雙重優勢流型。三種優勢流型分別對應平直西風👨🏿‍🔬、烏拉爾槽和烏拉爾脊。並且，在超臨界情形下🧙🏼‍♂️，統計到的環流正、負異常事件的發生次數幾乎相等📂，說明它們是等概率發生的🥪。“叉式關系”的存在意味著在海冰偏多的次臨界情形下👃🏻，海冰消退對烏拉爾山月平均環流的影響可能很小🏈；而在海冰偏少的超臨界情形下👨🏿‍🎨👩🏻‍🎨，正、負異常雙重優勢流型以及大部分正🏥👴🏽、負異常事件都可能與海冰消退緊密相關💇🏻‍♂️。

該研究揭示超臨界情形下環流正、負異常事件的發生概率相等，這意味著環流距平符號的可預測性很低。另外👮🏽‍♀️，由於超臨界情形下正、負異常事件的發生次數幾乎相等，因而“叉式關系”可作為一種定量統計約束關系🥔，有望用於校正氣候模式的系統誤差。

圖1. （a）1979-2020年9月平均海冰密集度與10月烏拉爾山地區850hPa相對渦度指數之間的散點圖（點）和聯合概率密度函數圖（陰影）𓀚📷。黑色等值線圍成的面積表示概率為20%（內圈）和40%（外圈）。黑色豎虛線指示海冰密集度大致的臨界值。水平藍線為相對渦度指數的0線。（b）同（a）👨🏻‍🏫，但為1980-2021年1月海冰密集度與2月相對渦度指數的結果。

論文信息：

 Li, D.*, R. Zhang, and J. Huang, 2023: A pitchfork-like relationship between reduced Barents-Kara sea ice and Ural atmospheric circulation. Climate Dynamics. https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06743-5.