隨著全球變暖的發生➕，北半球中緯度地區極端天氣氣候事件頻繁發生，如夏季高溫熱浪、冬季寒潮低溫等。在這個背景下🧑‍🤝‍🧑，剛剛過去的2020/21年冬季北半球接連發生了3次破記錄的極端寒潮事件，即12月的歐亞中緯度寒潮、1-2月的歐亞高緯度寒潮🛏👷🏿‍♀️、2月的北美寒潮。這一系列極端寒潮事件受到了國內外學者的廣泛關註。

冬季中緯度地區極端寒潮的成因復雜，以往研究通常將其歸結為北極變化以及大氣內部變率的影響，這也一直是學術界討論的熱門和前沿話題。針對這一科學問題，學術界爭議較大，往往出現不同聲音：（1）北極海冰可以影響中緯度氣候異常🔐🧑‍🦽，但小於大氣內部變率；（2）北極海冰沒有影響，大氣環流異常同時主導了中緯度氣候異常以及北極海冰變異🏋️‍♂️；（3）北極-中緯度聯系存在間歇性以及因果關系的不確定性🧑🏻‍🦼‍➡️。事實上，由於北半球中緯度地理位置的特殊性，像2020/21年如此強度的系列極端寒潮事件👢，往往是不同緯度信號的共同影響🚥。因此🩴🤟🏻，依據傳統研究，僅僅把目光放在北極是不夠的，需要從極地-熱帶多個緯度來審視本次極端寒潮事件的成因👰🏼。

近日，我系張人禾院士團隊從北極和熱帶海-冰-氣多因子協同作用的角度🏋🏿‍♂️，研究了2020/21年歐亞和北美3次寒潮過程的成因和物理機製。利用2020/21實況觀測的北極海冰和北太平洋海溫作為外強迫🧑🏻‍🦰，考慮不同區域海冰和海溫的影響，設計了多組敏感性試驗👇🏿；為了最大程度減小大氣內部變率的影響，每組試驗包含200個不同初值的大樣本（PAMIP標準）🥅。WACCM試驗結果表明：（1）前冬，歐亞中緯度寒潮與北極海冰的強烈消融以及PDO−型海溫異常有關👨‍❤️‍👨，二者通過對流層和平流層相互作用，導致了極渦的減弱以及西伯利亞高壓的增強，從而引發歐亞中緯度低溫異常；（2）隆冬，歐亞中緯度寒潮北撤到高緯度地區🛬，La Niña型海溫異常有利於極渦的減弱以及NAO負位相的形成，伴隨對流層烏拉爾山脊的增強🗽，引發了歐亞高緯度地區帶狀低溫異常🫶🏽🕴🏼；（3）後冬，北美大陸寒潮爆發，這說明極渦的影響由東半球轉移到西半球，極渦形態和位置的變化對北美寒潮的爆發起了重要作用。La Niña所激發的PNA負位相對應阿留申低壓的減弱🚑，同時，北極海冰和La Niña的協同作用調製了平流層爆發性增溫（SSW）的地面影響💁🏼‍♀️，這些物理過程都極大地加強了北美的低溫響應（Fig. 1-2）🙍🏼‍♂️🕷。上述研究成果從非線性影響（Zhang and Screen 2021）和多因子協同影響（Zhang et al. 2022a, b）兩個角度解釋了北極‒中緯度聯系的不確定性的來源，促進了對北極‒中緯度聯系的認識，對解決當前氣候領域研究難題有重要意義🕒，作為特邀報告參加2021年AGU年會⤴️。

https://doi.org/10.1007/s00382-021-05931-5

3. Zhang, R.N.*, J. A. Screen, 2021: Diverse Eurasian winter temperature responses to Barents-Kara sea ice anomalies of different magnitudes and seasonality. Geophysical Research Letters. 48, e2021GL092726.