北极快速变暖已经导致了北极局地甚至中纬度地区天气气候的改变。在过去几十年，极端寒潮和暴雪频繁袭击北美，作为人口中心的美国东部地区的暴雪发生频次是以往的三倍以上，这北美地区人民的财产和生命安全带来极大威胁。关于北美极端寒潮频发的成因，我们前期研究指出极地平流层爆发性增温以及热带东太平洋海温La Niña事件，共同导致了北美西部寒潮发生概率的增加（Zhang et al., 2022）；也有其他研究认为是由于白令海增暖和海冰减少导致了北美寒潮天气的发生和增加，这就是暖北极-冷北美气温模态（WACNA）。然而，北极-中纬度的联系明显是不确定和间歇性的，这种关系受大气-海洋背景态的调制。背景态依赖解释了为什么有些阶段北极对中纬度产生影响，而在其他阶段二者联系减弱。

我系硕士生高怡舟（第一作者）和张若楠副教授（通讯作者）最近利用ERA5再分析数据集和CAM6模式开展敏感性数值试验，研究了不同PDO位相下北美大陆冬季气温对白令海峡海冰损失响应的敏感性，以及PDO位相对WACNA型态的调制作用及其物理机制（图1）。

当PDO处于负位相时（PDO−），白令海海冰减少容易导致北美中部地区（30°−45°N）冷异常，显示出WACNA模态。环流场上有向东南延伸的北美冷高压和以及对流层中层的阿拉斯加脊（ALR），有助于从北极输送偏北的冷空气平流。此外，白令海附近向平流层传播的波动增强，与气候态波动的位相重合，导致太平洋-北美扇区的平流层极涡区域性减弱。

相反，当PDO处于正位相时（PDO+），白令海海冰减少与局地弱增暖、北美60°N附近的冷异常以及北美东南部的暖异常有关。在波活动通量场上，有从白令海和热带太平洋向北美传播的波列，这种大气环流模态与PNA型遥相关非常相像。但是平流层的响应却非常弱。

显然，白令海海冰和北美中部温度之间的联系在PDO−时期呈现出典型的WACNA模态，但在PDO+时期呈现“暖北极-冷加拿大-暖美国”模态，甚至在模拟试验中呈现较弱的气温响应。另外，我们还注意到，北美冬季气温响应存在较大的次季节差异，2月份的降温最为明显，这与近几十年北美2月气温的降温趋势相吻合。

值得进一步讨论的是，北极与北美气温的关联还会受到热带ENSO的调制作用。已有研究指出，不同类型的ENSO和PDO海温异常在强度和位置上对PNA事件有显著影响。在PDO−期间，ENSO对北美气温的影响较弱，当去除ENSO的影响后，北美中部气温与白令海冰仍存在显著相关(R = 0.5)。相反，在PDO+期间，ENSO对北美气温的影响较强，当海冰影响被剔除后，北美中部气温与ENSO显著相关(R = 0.49)，表明ENSO可能掩盖了海冰与北美气温之间的联系。

图1.  PDO不同位相下白令海海冰减少影响北美冬季气温的机制图。

图2. CAM6模式模拟结果。低冰年和高冰年近地表气温(阴影)和海平面气压(等值线)的合成差异在(a) PDO−时期，(d) PDO+时期，(c)两者的差异(PDO−−PDO+)。(d-f)，与(a-c)类似，但是Z500(阴影)和Z100(等值线)。(g-i)，与(a-c)类似，但是Z200(阴影)和水平方向波通量(箭头)。(j-l)，与(a-c)类似，但是100-hPa垂直方向波通量(阴影),等值线为气候态。(m-o)为(160°E-80°W)Eliassen-Palm通量(矢量)和纬向平均位势高度(阴影)。

该研究成果以Pacific Decadal Oscillation Modulates the Impacts of Bering Sea Ice Loss on North American temperature发表在期刊Geophysical Research Letters上。

论文信息：Gao, Y., Zhang, R., Zuo, Z., & You, Q. (2024). Pacific decadal oscillation modulates the impacts of Bering Sea ice loss on North American temperature. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL109447. https://doi.org/10.1029/2024GL109447