近日，Atmospheric Research 在线发表了海洋与大气学院的最新科研成果“The response of atmospheric blocking and East Asian cold extremes to future Arctic Sea ice loss”（大气阻塞及东亚极寒天气对未来北极放大效应的响应）。该成果第一作者为海洋与大气学院和中国科学院大气物理研究所（简称：大气所）联合培养博士研究生卓文钦，通讯作者为大气所姚遥副研究员，合作者包括学院黄菲教授和大气所罗德海研究员等。
近些年，中纬度极寒天气与北极放大效应（即北极的加速变暖）之间的联系，一直是焦点话题，同时争议并存。Zhuo等（2022）指出，影响东亚极寒天气的环流系统，除了典型的乌拉尔阻塞之外，东西伯利亚至太平洋区域的阻塞也可能在西移过程中，通过与上游系统的协同作用激发持久的东亚极寒天气。在北极海冰加速融化的气候背景下，极寒天气的环流变化机制正变得愈加复杂。因此，有必要探讨未来北极变暖背景下，极寒天气及对应阻塞环流出现的可能响应。
该研究利用北极放大比较子计划（PAMIP）中的集合模式数据，评估了未来全球变暖2°C背景下，北极放大效应对冬季东亚极寒天气及对应环流的可能影响。结果表明，在加强的北极放大情景下，东亚极寒可能表现出频率增多、生命周期变长、强度变强的响应（图1）。通过对比分析现在和未来气候情景下东亚极寒事件的环流，发现在大部分模式中，未来情景下的乌拉尔阻塞的振幅并未出现明显变化（图2）。然而，在乌拉尔阻塞成熟前期，集合模式中均发现，东西伯利亚区域出现了西移的高压反气旋。该西移过程可以通过调控东北亚冷涡的强度或延长乌拉尔阻塞的生命周期，从而影响东亚极寒的强度和持续时间。进一步，在未来变暖情景下，冬季东西伯利亚区域的阻塞频率也呈现增加的响应，并具有更明显的西移特征。在极端天气产生机制愈加复杂的未来变暖情景下，这种多系统协同作用机制值得引起关注。
该研究还进一步利用Luo等人(2019) 提出的基于非线性多尺度相互作用理论的位涡梯度工具对上述提到的阻塞西移现象进行了机理分析。结果表明，在未来变暖情景下，东亚下游区域阻塞增多且更易西移的原因与该区域经向位涡梯度（PVy）的减小有关。减弱的PVy背景态会使得阻塞系统的频散性减弱，非线性特征加强，从而有利于阻塞系统的维持和西移。以上研究在一定程度上说明在未来更暖气候情景下，大气环流对极寒天气的影响机制可能呈现更强的非线性和多样性特征。
图1. PAMIP四个模式及ERA5中不同情景下极寒事件的周期（柱状图）及温度距平（箱线图）分布情况。红点表示箱线图的均值。
图2. 不同情景下东亚极寒事件位势高度演变剖面合成图。（500-hPa位势高度距平在60°-80°N范围内经向平均）。其中，第一列组图代表四个模式现在气候（ERA5为高海冰年）的演变场，第二列组图代表四个模式未来（ERA5为低海冰年）情景下的演变场，第三列组图为两类情景下的差值场。第三列组图中，绿色圆点表示位势高度正距平最大值中心的移动路径。黑色打点区域表示通过了95%信度的Student’t检验。Lag 0表示极寒事件最强日。
发表文章列表：
Zhuo, W., Yao, Y., Luo, D., Huang, F., Luo, B., & Zhong, L. (2024). The response of atmospheric blocking and East Asian cold extremes to future Arctic Sea ice loss. Atmospheric Research, 304. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2024.107355
Zhuo, W., Yao, Y., Luo, D., Simmonds, I., & Huang, F. (2022). Combined impact of the cold vortex and atmospheric blocking on cold outbreaks over East Asia and the potential for short-range prediction of such occurrences. Environmental Research Letters, 17, 084037. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac8362
Luo, D., Zhang, W., Zhong, L., & Dai, A. (2019). A nonlinear theory of atmospheric blocking: A potential vorticity gradient view. Journal of the Atmospheric Sciences, 76(8), 2399–2427. https://doi.org/10.1175/JAS-D-18-0324.1
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2024.107355