Earth-Science Reviews: 北极和第三极变暖放大效应的趋势、机制及影响
发布时间: 2021-04-27

北极(Arctic Pole)和第三极(Third Pole/Tibetan Plateau)是全球变化最快速、最显著和最具指示性的敏感区域(图1)。在全球变暖背景下,两极存在变暖“北极放大效应(Arctic amplification,AA)”和“第三极放大效应(Tibetan amplification,TA)”现象。然而,AATA的物理机制是什么?给人类活动和社会环境带来了哪些影响?AATA存在哪些异同特征?这些科学问题是当前“全球变化及应对”研究中面临的重要挑战。尽管过去大量研究对AATA进行了研究,其主导机制及其具体影响还没有达成共识,并且缺乏对于两者的比较分析。我校大气与海洋科学系/大气科学研究院游庆龙教授团队对上述科学问题进行了梳理和研究,指出近40年来多源数据都证实了AATA现象,北极和第三极的变暖趋势均远高于北半球和全球平均水平,变暖放大效应明显。北极变暖发生在对流层整层,而第三极变暖主要集中在对流层低层且叠加着海拔依赖型变暖特征,同时未来AA的变化趋势是TA的两倍左右。目前,对于AATA的主导物理机制还没有明确定论。AA受北极环境局地因素(海冰反照率反馈、普朗克反馈、温度递减率反馈、云和水汽反馈)和大尺度环流以及中低纬度向极地热量和水汽输送的影响(图2);而TA的机制主要集中在气候系统的局地因素上,如人为温室气体排放、冰雪反照率反馈、云辐射相互作用、水汽效应、局地辐射强迫影响、土地利用变化和臭氧总量减少等(图3)AATA会加剧两极气候系统变化,从而通过大尺度环流影响局地和北半球中纬度地区生态环境变化。AATA变暖放大机制存在相同状况,如北极的海冰反照率反馈和第三极的冰雪反照率反馈相似但存在季节差异;AATA都受到普朗克反馈影响;此外两极在近地表都有逆温层的存在(尤其在冬季),加强了温度递减率反馈。基于两极变暖机制的异同,需要定量比较上述机制在AATA中的贡献及条件,以便更深入揭示两极地区气候系统的变化规律,规避其潜在气候风险。

该研究近期以“Warming amplification over the Arctic Pole and Third Pole: Trends, mechanisms and consequences为题在国际地学领域期刊Earth-Science Reviews上发表(https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103625),研究成果提升了对于北极和第三极变暖放大效应的新认知,为未来研究两极气候变化提供了新思路。我校大气与海洋科学系/大气科学研究院游庆龙教授为论文的第一作者和通讯作者。本研究获得第二次青藏高原科学考察研究计划(2019QZKK10012019QZKK0105)和国家自然科学基金(41971072, 4177106941911530187)的联合资助。


1. 北极(a)和第三极(b)的地形以及两极之间的气候系统示意图c)。BSOFSEBS分别是巴伦支海开放水域、弗拉姆海峡和白令海峡。同时显示了北极涛动(AO北大西洋涛动(NAO大西洋径向翻转环流AMOC)和太平洋年代际涛动(PDO等气候系统要素


2. 影响北极变暖放大效应的可能物理机制


3. 影响第三极变暖放大效应的可能物理机制