北极海冰在过去几十年中快速减少，与此同时，冬季中纬度大陆冷异常频繁发生。过去基于观测资料的分析认为，北极增暖改变了经向温度梯度，减弱中纬度急流，从而导致了中纬度大陆与全球变暖相反的温度变化。但是基于动力模式的研究结果并不一致地支持这一结论，而且模式间的结果也有很大的差异。这些结果的差异，可能来自于大气环流模式对于海冰物理过程描述不完善，进而导致模式对海冰表面热通量模拟不佳。
近日，我系博士生于骐恺（第一作者）、武炳义教授（通讯作者）以及张雯晴在最新研究中，设计了一种新的湍流热通量强迫试验，通过Nudging方法利用ERA5北极海冰表面的湍流热通量数据强迫SC-WACCM4大气环流模式，使模式北极海冰表面热通量得到了显著提升。这些改善在海冰密集度大于85%的区域尤为明显，表明在重北极海冰覆盖的区域模式的热通量模拟和现实情况偏移很大，北极海冰减少、变薄的影响在模式中被显著低估。在ERA5湍流热通量强迫下，大气环流的响应和观测资料分析结果十分一致，试验成功地捕捉到了中纬度急流的减弱，欧亚大陆上空的负正负遥相关波列，增强的西伯利亚高压以及暖北极冷大陆的温度模态，但是仅利用海冰密集度驱动的模式试验集合并没有展示这些特征。这种差异可能与北极增暖的垂直结构有关，引入湍流热通量后北极大气被强烈加热，深厚的北极增暖通过减弱中纬度急流削弱了西伯利亚风暴轴，减弱的风暴轴通过天气尺度涡旋强迫反馈作用于冬季平均流，从而有利于西伯利亚高压增强以及暖北极冷大陆的温度模态的出现。审稿人对此评价称文章结果令人信服，发人深省，意义重要（compelling，thought provoking and significant）。
相关文章已于2024年8月被Nature Portfolio旗下期刊《Communications Earth & Environment》在线发表。受Nature Portfolio Communities邀请，团队在Behind the Paper栏目对该研究进行了分享。
论文信息：Yu, Q., Wu, B. & Zhang, W. The atmospheric connection between the Arctic and Eurasia is underestimated in simulations with prescribed sea ice. Commun Earth Environ 5, 435 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-024-01605-2
图1 北极海冰表面湍流热通量的响应(W m-2)。a 秋季海冰密集度强迫试验中的响应。 b 冬季海冰密集度强迫试验中的响应。 c 春季冬季海冰密集度强迫试验中的响应。 d-f 和a-c类似，但为湍流热通量强迫试验的响应。黑色实线表示1%海冰密集度区域。打点区域为通过显著性检验区域。
图2 冬季大气环流响应。a 湍流热通量强迫试验中700hPa纬向风(m s-1)响应。b ERA5再分析资料中700hPa纬向风(m s-1)之差（2005-2015年平均减去1982-2001年平均）。c 海冰密集度强迫试验中700hPa纬向风(m s-1)响应。d-f 和a-c类似，但为500hPa位势高度（gpm）响应。g-i 和a-c类似，但为地表气温（填色，℃）以及海平面气压（线条，hPa）响应。打点区域为通过显著性检验区域。
