北极正在经历前所未有的快速增暖与增湿，对区域及全球气候产生深远影响。准确预估未来北极暖湿，是评估气候风险、服务极地治理的关键。然而，当前广泛使用的CMIP6模式对北极未来暖湿的预估分歧显著，降低模式不确定性是提供可靠北极气候预估的关键。

既往研究利用历史全球变暖速率约束未来北极平均增暖，但忽略了北极海冰-气耦合对局地暖湿敏感性的关键调控作用。基于此，我系游庆龙教授课题组联合国内外多家科研机构学者提出一种针对未来北极局地暖湿变化的涌现约束（Emergent constraints）框架，利用观测结果对气候模式模拟历史全球变暖速率和北极海冰覆盖空间模态的误差进行了修正，从全球-局地多尺度联动角度，对本世纪末北极局地暖湿进行约束预估，显著降低局地预估不确定性。

研究揭示未来北极暖湿预估的不确定性不仅源自模式对历史全球变暖速率的模拟偏差，即历史全球变暖更强的模式（气候敏感性更高）往往预估的未来北极平均暖湿更强（图1），北极暖湿的局地敏感性更与历史海冰覆盖模拟直接相关。在不确定性较大的边缘海区域，仅依靠全球信号难以有效约束局地变化，北极海冰通过调控局地能量平衡（反照率反馈）和水循环（蒸发-降水反馈）影响局地敏感性，进而成为未来局地暖湿变化有效约束因子。许多模式高估了历史时期北极边缘海区域的海冰覆盖，随着未来变暖导致海冰逐步退缩至“无冰北极”时，这些模式模拟的海冰损失量过大，进一步夸大了局地暖湿。

基于上述约束关系，研究提出并应用“北极平均-局地两步约束”框架，在全球变暖速率约束基础上，叠加基于海冰覆盖的局地约束，对本世纪末北极暖湿变化进行精细化预估。在中等排放情景（SSP2-4.5）下，北极平均增暖（相比于1995-2014）的多模式集合平均预估值从5.5℃下降至4.6℃，平均降水增加从6.8mm/month下降至5.6mm/month，不确定性范围分别减少25%和15%。海冰的模拟误差导致北极一些局部分区的进一步调整（图2），尤其是巴伦支-喀拉海区域，增暖程度下降1.2℃，增湿减少1.7mm/month，预估不确定性减少了大约三分之一。研究从海冰-气耦合视角重构北极暖湿约束路径，为提升未来北极气候预估精度提供科学支撑，也为气候变化适应、北极资源开发与航道规划等提供重要科学依据。

图1. 基于历史全球变暖趋势对未来北极暖湿（AWW）的约束预估。散点图展示了SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下本世纪末（相对于1995-2014年）（A-C）北极近地表温度变化和（D-F）总降水变化。 紫色线表示从多个观测数据集获得的全球变暖趋势，灰色矩形代表±1σ的不确定性范围。黑色五角星表示CMIP6多模式集合平均值。黄色/蓝色虚线分别表示未受约束/受约束的平均预估值，黄色/蓝色矩形表示未来AWW的可能范围（17%-83%置信区间），对应于每个面板右侧条形图中的实线和阴影区域。实心条形代表使用所有模式的结果，空心条形表示仅使用11个单一模式初始条件大集合（SMILEs）的结果（这些数据点以加粗边框显示）。黑色实线表示线性回归拟合结果，黑色虚线表示66%置信预测区间。灰色实线/虚线分别表示仅使用11个SMILEs 的线性回归线及其66%置信预测区间。

图2. 历史SIC分布对北极AWW涌现约束预估的影响。(A-C) 北极增暖的空间模态差异：对比同时应用历史全球变暖和SIC约束与仅使用历史全球变暖约束的结果（前者减去后者）。(D-F) 与（A-C）类似但针对未来北极降水变化。

北京时间2025年3月6日，上述成果以“Lessened projections of Arctic warming and wetting after correcting for model errors in global warming and sea ice cover”为题发表在Science旗下期刊《Science Advances》上。复旦大学大气与海洋科学系博士生蔡子怡为论文第一作者，游庆龙教授为论文通讯作者，复旦大学大气与海洋科学系作为第一单位和通讯单位。共同作者包括复旦大学的张人禾院士、左志燕教授、张若楠副教授、清华大学的陈德亮院士、中国科学院西北生态环境资源研究院的康世昌研究员、瑞典查尔姆斯理工大学Hans W. Chen博士、英国埃克赛特大学的James A. Screen教授、美国大气与环境研究所与麻省理工学院的Judah Cohen研究员。该研究获得国家重点研发计划（2023YFE0123800 和 2022YFF0801703）、国家留学基金委（202306100245）以及其他多项科研资助的大力支持。

论文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr6413