東亞冬季風的變異及其預測問題歷來是學界關註的重點😳。巨大的經向空間尺度導致東亞冬季風表面溫度場表現出兩個相互獨立的主模態——北方型與南方型模態。然而，已知前兆因子對兩個模態的預測效果相對有限。如何基於己經明確的物理過程🧗🏿‍♂️，建立具有物理意義的統計預測模型來改善和提高東亞地區冬季氣溫季節預報技巧亟待研究和加強。  

近日🤽🏿‍♀️，我系張鵬博士⛹🏽‍♀️、吳誌偉教授和合作者發現秋季（9-10月）北極海冰變化在調控和預測東亞冬季風北方型和南方型主模態年際變率中的重要作用👩🏿‍🎨🫳🏿。研究指出前期秋季巴倫支-喀拉海及楚克奇-波弗特海海冰偏少往往對應著後期冬季東亞北部地區氣溫偏低；而當秋季巴倫支-喀拉海-拉普捷夫海海冰偏少，楚克奇-波弗特海海冰偏多時👨🏼‍🏭，常常導致後期冷位相東亞冬季風南方模態的出現🫰。秋季不同配置的北極海冰異常可看做東亞冬季風南👊🏻、北方模態的重要潛在前兆季節預測信號🤶🏼。具體來說：秋季巴倫支-喀拉海及楚克奇-波弗特海海冰偏少導致歐亞北極地區表面溫度增加👳🏽‍♀️，該暖異常從前期秋季持續到後期冬季（圖1a-1d），引起歐亞北極地區上空大氣厚度的增加（圖1e-1h），進一步導致極鋒急流北移減弱（圖1i-1l），從而有利於西伯利亞高壓和東亞大槽的加強和北移，最終在冬季引發北方型模態的氣溫異常；而當秋季巴倫支-喀拉海-拉普捷夫海海冰偏少時，楚克奇-波弗特海海冰偏多導致表面溫度（圖2a-2d）和大氣厚度（圖2e-2h）增加的區域相對偏東南，位於北極南部-西伯利亞北部地區，進而引起極鋒急流南移減弱（圖2i-2l）⚪️🦅，西伯利亞高壓和東亞大槽系統加強且南移🦗，最終誘發南方型模態的表面溫度異常。

最後利用交叉驗證（cross-validation）方法，基於前期秋季西伯利亞南部積雪建立經驗模型對東亞冬季表面溫度北部模態進行回報（hindcast）的技巧為0.3💂🏿‍♀️，而加入海冰因子後回報技巧提升至0.71（圖3a）🟡。對於南部模態，基於海冰🕴🏻、Nino3.4指數建立的經驗模型也具有很好的回報技巧😖，遠超單一Nino3.4指數的效果（圖3b）。上述結果表明，秋季北極海冰異常是東亞冬季風北方型和南方型主模態年際變化的重要可預報性來源。

該研究於2020年發表在《Climate Dynamics》期刊上。

 Zhang, P., Z. W. Wu*, J. Li and Z. Xiao 2020: Seasonal prediction of the northern and southern temperature modes of the East Asian winter monsoon: the importance of the Arctic sea ice. Climate Dyn., 54(7), 3583-3597.

圖1 1979-2017年（a）9-10月🥥🙅🏽，（b）10-12月，（c）11-1月，（d）12-2月平均表面溫度異常和秋季（9-10月）與北方模態相聯系的海冰指數（巴倫支-喀拉海海冰負異常加上楚克奇-波弗特海海冰負異常）回歸場。打點區域表示通過90%信度檢驗🏣。（e-h）同（a-d）但為500-1000hPa大氣厚度異常🤶🏼，（i-l）為500hPa緯向風異常。

圖2  同圖1，但為與南方模態相聯系的海冰指數（巴倫支-喀拉海海冰負異常加上楚克奇-波弗特海海冰正異常）回歸場。

圖3  （a）基於海冰指數（黃色曲線）、西伯利亞積雪指數（綠色）及二者結合（紅色）建立的東亞冬季風表面溫度北方模態的回報（hindcast）經驗模型；（b）基於海冰指數（黃色曲線）、Nino3.4（綠色）及二者結合（紅色）建立的東亞冬季風表面溫度南方模態的回報模型𓀈。