北极海冰在近几十年来的迅速减少是全球气候变化中最显著的特征之一。诸多研究表明，北极海冰的减少会通过平流层、对流层两种途径对冬季的欧亚大陆天气气候产生显著的影响。已有的研究大多聚焦于秋季北极海冰对后期冬季欧亚大陆的影响，但是秋季北极海冰滞后影响的不确定性，很可能与夏季大气环流的状态有关。

我系博士研究生于骐恺（第一作者）和武炳义教授（通讯作者）通过利用ERA-interim再分析资料以及CAM4数值模式模拟，揭示了夏季北极大气环流动力和热力状态可以调节北极海冰对东亚冬季风变率的滞后影响。

观测研究发现，当北极夏季为反气旋性环流（气旋性环流）异常时，由于海冰-气之间的动力及热力作用，通常对应秋、冬季节喀拉海至波弗特海海域海冰偏少（偏多），进而引起后期东亚冬季风的加强（减弱）。夏季北极反气旋性环流指数与冬季东亚地表温度的相关系数可达0.7左右（超过99%的置信水平）。

在CAM4试验中，同时考虑夏季北极大气环流的状态作为模式大气的初值，以及相对应的北极海冰为边值时（简称为大气-海冰协同强迫模拟试验），强迫试验的结果可以很好地再现观测到的东亚冬季风变率的主要优势特征。而当夏季大气环流初值状态与海冰边值不匹配（简称为大气-海冰不匹配强迫模拟试验），即北极反气旋性环流（气旋性环流）异常对应海冰偏多（偏少）时，模拟结果无法再现观测到的东亚冬季风变率主要特征。

上述研究结果表明，北极夏季大气环流的热力和动力状态，不仅影响同期的北极海冰，而且是调节北极海冰滞后影响东亚冬季风变率的重要因子之一，更是造成北极海冰滞后影响呈现不确定的原因之一。因此，夏季北极大气环流的状态以及相对应的北极海冰异常，是预测东亚冬季风趋势的潜在前兆信号之一。相关研究于2023年发表在《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》期刊上。

论文信息：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.

论文链接：DOI:10.1029/2022JD037104 

图1.东亚冬季风北方模态的PC1时间序列回归前期夏季的大气环流。（a）300hPa纬向风（m/s）;（b）500hPa位势高度（gpm）;（c）500hPa温度（℃）;（d）850hPa比湿（kg/kg）;（e）纬向平均的纬向风（m/s）;（f）纬向平均的位势高度（gpm）;（g）纬向平均的气温(℃);（h）纬向平均的比湿（kg/kg）。

图2.夏季北极反气旋性环流、北极海冰以及东亚冬季风的变化特征。横坐标表示北极反气旋性环流强度，纵坐标表示海冰减少强度，填色表示东亚冬季风强度。

图3.两组大气-海冰协同强迫模拟试验中地表气温、地表气压以及500hPa位势高度响应。（a）-（c）显示为增强的东亚冬季风特征。（d）-（f）显示为减弱的东亚冬季风特征。

图4.两组大气-海冰不匹配强迫模拟试验中地表气温、地表气压以及500hPa位势高度响应。在夏季大气环流初值状态与海冰边值不匹配的情况下，模式不能够准确再现观测到的东亚冬季风变率主要特征。