乌拉尔山地区月平均大气环流正、负异常是欧亚大陆中高纬气候异常的重要指示信号。该地区频发的阻塞高压和切断低压经常造成大范围低温雨雪、持续性偏暖偏干等高影响天气和气候事件。近几十年来，邻近乌拉尔山地区的巴伦支-喀拉海观测到海冰不断消退的长期变化趋势。海冰不断消退是否对月际、年际时间尺度上乌拉尔山月平均环流正、负异常的发生有较大影响尚无定论。
我系博士后李冬冬从大气多平衡态理论的非线性角度研究了上述问题，发现自1979年以来不断消退的巴伦支-喀拉海海冰在特定月份与滞后1个月的乌拉尔山月平均环流之间存在大致遵循超临界叉式分岔模型的统计关系，简称为“叉式关系”。该成果近日发表于《Climate Dynamics》期刊上。
能够影响乌拉尔山地区背景西风状态的因子有很多，海冰在特定月份有可能成为主导因子。该研究发现，9月（1月）巴伦支-喀拉海平均海冰密集度与10月（2月）乌拉尔山地区850hPa相对涡度指数之间的联合概率密度函数的峰值区呈现叉子状图案（图1a, b）：当海冰密集度大于临界值时（次临界情形），存在一种“正常型”优势流型；当海冰密集度小于临界值时（超临界情形），存在“正异常”和“负异常”双重优势流型。三种优势流型分别对应平直西风、乌拉尔槽和乌拉尔脊。并且，在超临界情形下，统计到的环流正、负异常事件的发生次数几乎相等，说明它们是等概率发生的。“叉式关系”的存在意味着在海冰偏多的次临界情形下，海冰消退对乌拉尔山月平均环流的影响可能很小；而在海冰偏少的超临界情形下，正、负异常双重优势流型以及大部分正、负异常事件都可能与海冰消退紧密相关。
该研究揭示超临界情形下环流正、负异常事件的发生概率相等，这意味着环流距平符号的可预测性很低。另外，由于超临界情形下正、负异常事件的发生次数几乎相等，因而“叉式关系”可作为一种定量统计约束关系，有望用于校正气候模式的系统误差。
图1. （a）1979-2020年9月平均海冰密集度与10月乌拉尔山地区850hPa相对涡度指数之间的散点图（点）和联合概率密度函数图（阴影）。黑色等值线围成的面积表示概率为20%（内圈）和40%（外圈）。黑色竖虚线指示海冰密集度大致的临界值。水平蓝线为相对涡度指数的0线。（b）同（a），但为1980-2021年1月海冰密集度与2月相对涡度指数的结果。
论文信息：
Li, D.*, R. Zhang, and J. Huang, 2023: A pitchfork-like relationship between reduced Barents-Kara sea ice and Ural atmospheric circulation. Climate Dynamics. https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-06743-5.
