熱帶太平洋海溫異常對北極海冰的可能影響

羅蕊，祁莉*，張文君，何金海

(1.南京信息工程大學 氣象災害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實驗室/氣象災害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044)

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熱帶太平洋海溫異常對北極海冰的可能影響

羅蕊1，祁莉1*，張文君1，何金海1

(1.南京信息工程大學 氣象災害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實驗室/氣象災害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044)

本文利用1950-2015年間Hadley環(huán)流中心海冰和海溫資料及NCEP/NCAR再分析資料，研究了熱帶太平洋海溫異常對北極海冰的可能影響，并從大氣環(huán)流和凈表面熱通量兩個角度探討了可能的物理機制。結果表明，在ENSO事件發(fā)展年的夏、秋季節(jié)，EP型與CP型El Nio事件與北極海冰異常的聯(lián)系無明顯信號。而La Nia事件期間北極海冰出現(xiàn)顯著異常，并且EP型與CP型La Nia之間存在明顯差異。EP型La Nia發(fā)生時，北極地區(qū)巴倫支海、喀拉海關鍵區(qū)海冰異常減少，CP型La Nia事件則對應著東西伯利亞海、楚科奇海地區(qū)海冰異常增加。在EP型La Nia發(fā)展年的夏、秋季節(jié)，熱帶太平洋海溫異常通過遙相關波列，使得巴倫支海、喀拉海海平面氣壓為負異常并與中緯度氣壓正異常共同構成類似AO正位相的結構，形成的風場異常有利于北大西洋暖水的輸入，同時造成暖平流，偏高的水汽含量進一步加強了凈表面熱通量收入，使得巴倫支海、喀拉海海冰異常減少。而在CP型La Nia發(fā)展年的夏季，東西伯利亞海、楚科奇海關鍵區(qū)受其東側氣旋式環(huán)流的影響，以異常北風分量占主導，將海冰從極點附近由北向南輸送到關鍵區(qū)，海冰異常增加，而凈表面熱通量的作用較小。

北極海冰；EP/CP La Nia；大氣環(huán)流；凈表面熱通量

1 引言

北極海冰作為氣候系統(tǒng)五大圈層之一冰雪圈的重要組成部分，是一個強大的冷源，它通過隔絕海洋和大氣的直接熱量輸送，改變了地表輻射平衡和熱量平衡，進而影響大氣環(huán)流和全球氣候的變化。IPCC第五次評估報告(AR5)[1]指出，在全球變暖的背景下20世紀后期北極海冰出現(xiàn)了年代際尺度的急劇消融，這個現(xiàn)象引起了全球廣泛的關注，因為北極海冰的消融使得北冰洋相對海冰顏色較深的開闊水域面積大大增加，改變了海洋表層的能量收支，這對北極甚至全球氣候起著非常重要的調制作用[2]。裸露的洋面增加了夏季對太陽輻射的吸收，同時減緩了秋冬季節(jié)北極海冰的結冰速度，因此，北極海冰的這種溫度—反照率的正反饋機制將全球變暖效應放大，稱為“北極放大效應”(Arctic amplification)[3]。正是由于北極海冰對氣候變化的高度敏感性，它成為了氣候變化重要的指示器和記憶器[4]。ENSO作為全球氣候系統(tǒng)中海氣相互作用年際變化的最強信號，它引起的赤道太平洋海溫異常，不僅在緯向上對Walker環(huán)流產生影響，直接造成熱帶太平洋、印度洋地區(qū)的天氣、氣候異常，同時還在經(jīng)向上通過三圈環(huán)流和遙相關等方式，間接影響中高緯地區(qū)[5-9]。

那么，北極海冰和ENSO作為全球氣候系統(tǒng)中至關重要的兩個外強迫源，它們之間是否存在一定的相互聯(lián)系呢？已有的研究主要分為兩個部分。一部分以北極海冰為立足點，分析這一強大的冷性外強迫源對熱帶海洋的影響。從海冰和ENSO的周期相關來看，北極海冰面積變化具有準兩年和準四年的變化周期，這與ENSO事件的周期有較好的一致性[10]，當Nio3區(qū)海表面溫度(SST)滯后喀拉海、拉普捷夫海和東西伯利亞海海冰面積指數(shù)16個月時，兩者達到最大負相關[11]。北極海冰的變化存在明顯的區(qū)域性和季節(jié)性[12]，冬春季節(jié)喀拉海、巴倫支海海冰面積均與春季白令海海冰面積呈反向變化關系，與巴芬灣戴維斯海峽海冰面積也存在相反的變化趨勢[13-15]。不同區(qū)域不同季節(jié)的海冰變化對熱帶海洋的影響存在很大的差異，冬季挪威海區(qū)域海冰對厄爾尼諾的產生具有強迫作用，而夏季巴芬灣區(qū)域海冰的變化則是對厄爾尼諾響應的結果[16]。格陵蘭海、挪威海和巴倫支海冬季海冰面積偏大能夠使赤道海溫持續(xù)偏高，拉普帖夫海、東西伯利亞海和鄂霍次克海夏秋季海冰面積偏大能夠使翌年夏秋季赤道海溫偏低，這種持續(xù)影響可能與極渦和東亞冷空氣有關[17]，海冰可以通過冷空氣活動和低渦西移，引起副熱帶高壓位置和強度的變化，影響了熱帶太平洋地區(qū)的信風強弱，從而與熱帶太平洋海溫的異常聯(lián)系在一起[13-15，18-19]；也會通過影響中亞氣壓來改變赤道環(huán)流，影響印度洋和太平洋赤道海溫[19-20]；還有研究把海冰與遙相關(比如AO、NAO)波列聯(lián)系起來，通過影響中緯度地區(qū)的風暴軸事件或者西風異常來影響海溫[21-27]。另一部分的研究工作從ENSO出發(fā)，把熱帶太平洋海溫異常看做外強迫源，研究它對北極海冰的影響[28-31]。ENSO事件海溫異常會激發(fā)大氣的PNA(Pacific North American pattern)遙相關，使得中緯度的西風偏強，阿留申低壓和北美高壓都加強，造成太平洋風暴軸偏南偏東[17]，或者與NAO聯(lián)系在一起[30]，正位相的ENSO事件會改變局地Ferrel環(huán)流，調控平均經(jīng)向熱通量，造成楚科奇和波弗特海的海冰減少[31]。有研究表明，中部型El Nio(La Nia)對北極海冰產生的影響，主要以AO作為聯(lián)系熱帶和北極的紐帶[32]，或者通過“大氣橋”來影響極地渦旋，進而改變海冰狀況[33]。印太暖池區(qū)域海溫異常與北極海冰變化的聯(lián)系，則強調印太暖池區(qū)域海溫異常對北極海冰快速減少的作用，同樣也是通過AO作為中間橋梁，來解釋熱帶海洋對北極海冰產生影響的機制[34]。

從國內外的研究進展可知，現(xiàn)有的研究工作大多側重分析北極海冰對熱帶太平洋的影響，且較為成熟；但是對熱帶太平洋影響北極海冰的研究工作較少。此外，近20年來一種新的ENSO事件頻繁發(fā)生，它的異常海溫中心位于赤道中太平洋[9]，本文中稱之為CP型El Nio/La Nia，傳統(tǒng)型ENSO(異常海溫中心位于熱帶東太平洋)稱之為EP型El Nio/La Nia。大量的研究指出CP型ENSO與EP型ENSO對熱帶、中高緯地區(qū)的大氣環(huán)流和氣候異常的影響存在顯著的差異[35-39]。那么，它們對北極海冰的影響是否也不同？其中的物理機制是什么？本文以熱帶太平洋海溫異常的不同模態(tài)入手，分析不同海溫模態(tài)對北極海冰的可能影響，以及其中的可能物理機制，為更好理解北極海冰銳減及其氣候效應奠定一定的基礎。

2 資料與方法

本文所用到的資料主要有Hadley環(huán)流中心月平均的海冰密集度和海溫資料HadISST(Hadley Centre Sea Ice and Sea Surface Temperature Data Set)，空間分辨率1.0°×1.0°，海冰密集度單位為%，表示單位網(wǎng)格內海冰覆蓋的百分比[40]，需要進行說明的是，雖然該海冰數(shù)據(jù)在1979年之前的可靠性受到爭議，但本文發(fā)現(xiàn)僅使用1979年后的資料進行分析，不影響本文的定性結論。為了去除全球變暖的信號以及北極放大效應，本文中所有與海冰相關的分析，均進行了去趨勢處理。大氣環(huán)流資料來自NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction /National Center for Atmospheric Research)月平均再分析資料[41]，水平分辨率2.5°×2.5°。包括海平面氣壓、位勢高度、風場、相對濕度、2 m氣溫、向上向下的短波和長波輻射、潛熱通量和感熱通量。本文主要采用回歸、合成分析的方法，并用t檢驗對合成的結果進行顯著性檢驗。本文的研究時段為1950年1月至2015年12月。

北極海冰具有明顯季節(jié)變化的特點，每年夏季，隨著太陽直射點的向北移動，北極地區(qū)進入極晝，接收到的太陽輻射全年最多，海冰進入融冰期，直到9月海冰密集度達到極小值，秋季隨著氣溫的降低，北極地區(qū)慢慢進入結冰期，直到翌年的3月，海冰密集度又恢復到極大值，因此每年3-9月，海冰處于逐漸減少的過程，夏季減少得尤其快；9月到翌年3月海冰逐漸增加，秋季增加最快，所以夏、秋季節(jié)是海冰年際變率最大的季節(jié)[42]，同時也是年際變化尺度上ENSO事件的發(fā)展期。如果海冰在其年際變率最大的季節(jié)，同時有ENSO事件開始發(fā)展，它是否會對海冰的變化產生影響？因此，為了分析ENSO對海冰的可能影響，本文重點關注ENSO事件發(fā)展年夏季和秋季北極海冰的變化，北極地區(qū)地理分布如圖1所示。

圖1 北極地區(qū)地理分布示意圖Fig.1 Sketch map of Arctic geographic distribution

關于ENSO事件的分類，不同的研究選用不同的指數(shù)得到不同的分類結果[9，35-36]。大部分工作較多地關注EP和CP型El Nio的有效區(qū)分以及它們不同的氣候效應。王磊等[37]和Zhang[39]發(fā)現(xiàn)La Nia事件也存在截然不同的EP型和CP型，它們不同的海氣耦合特征在大西洋地區(qū)引起的NAO響應幾乎相反，這可能意味著EP型和CP型La Nia事件將對北極海冰的不同影響。因此，本文參考何珊珊等[38]和王磊等[37]的分類方法，依據(jù)海溫異常的空間分布型對ENSO事件進行分類得到如表1所示的分類結果。

圖2給出了根據(jù)表1中4類ENSO事件分類合成得到的發(fā)展年夏、秋季節(jié)海溫異常的空間分布。EP型El Nio發(fā)展年夏季(圖2a)，海溫正距平已經(jīng)出現(xiàn)，主要位于赤道東太平洋90°W附近，最大值超過1.2℃，且海溫異常自東向西逐漸擴展減弱；到了秋季(圖2b)，海溫異常大值中心強度繼續(xù)加強，范圍顯著西伸，緯向跨度增大，但其主體仍然位于赤道東太平洋。而CP型El Nio在發(fā)展年的夏季(圖2c)海溫異常主體位于赤道中太平洋160°W附近，且赤道東、西太平洋海溫距平在零值附近，秋季(圖2d)海溫正異常進一步加強，達到0.8℃以上，但大值中心位置幾乎沒有變化。兩類La Nia的情況與El Nio類似，EP型La Nia發(fā)展年夏季(圖2e)，海溫最大負距平為-0.8℃，主體位于赤道東太平洋90°W附近，向西逐漸減弱，秋季(圖2f)海溫負異常加強且緯向范圍明顯擴大，大值中心向西延伸到110°W附近。CP型La Nia發(fā)展年夏季(圖2g)，海溫異常強度雖然與EP型一致，但在空間分布上主體位于赤道中太平洋150°W偏西，秋季時(圖2h)其強度迅速加強達到-1.2℃以上，位置幾乎沒有變化?？梢姡还苁荅l Nio還是La Nia，EP型事件的海溫異常主要分布在赤道東太平洋地區(qū)，而CP型事件異常海溫偏西，表明了本文采取的ENSO事件的分類方式是合理有效的。并且，EP型和CP型海溫異常中心的緯向差異在發(fā)展年的夏季和秋季均十分明顯，這將對局地以及熱帶外的大氣環(huán)流造成不同的影響。

表1 1950-2015年間4類不同ENSO事件的分類

圖2 4類ENSO事件發(fā)展年夏季(a， c， e， g)和秋季(b， d， f， h)赤道太平洋地區(qū)海表面溫度異常(SSTA， 單位：℃)的空間分布Fig.2 Spatial distribution of summer and autumn mean SST anomalies (SSTA，unit:℃) over the tropical Pacific during the development phase of four types of ENSO eventsa、b為EP型El Nio，c、d為CP型El Nio，e、f為EP型La Nia，g、h為CP型La Nia；打點區(qū)域表示通過90%顯著性檢驗；兩類La Nia合成圖中紅色框為圖7和圖8中海溫回歸位勢高度場時的關鍵區(qū)范圍EP El Nio(a， b)，CP El Nio(c， d)，EP La Nia(e， f)，CP La Nia(g， h); doting indicates anomalies exceeding 90% confidence level; red boxes in two types of La Nia events indicate the key regions of SSTA regressing to geopotential height in Fig.7 and Fig.8

3 4類ENSO事件與北極海冰的聯(lián)系

4類ENSO事件與北極海冰是否存在聯(lián)系？它們截然不同的海溫異常分布型能否引起差異顯著的北極海冰響應？

圖3給出了北極區(qū)域(60°～90°N，0°～360°)平均的海冰標準化指數(shù)與同期4類ENSO事件強度的散點圖，以美國氣候預測中心(Climate Prediction Center，CPC)Nio3和Nio4指數(shù)分別表征EP和CP型事件強度。在ENSO事件發(fā)展年的夏季(圖3a)，個別La Nia事件發(fā)展較晚，海溫異常中心有所偏移，因此關鍵區(qū)的SSTA偏弱，甚至符號相反(例如2005/2006和1983/1984年)，El Nio事件時海冰以正距平居多，占總數(shù)的比例為10/17，但EP型El Nio(紅色)和CP型El Nio(橙色)對應的海冰變化沒有表現(xiàn)出明顯的區(qū)別，它們中各有2次和3次事件中海冰異常偏少。La Nia事件中，EP型La Nia(藍色)發(fā)展年夏季，8次事件有7次北極海冰均為負距平，而CP型La Nia時海冰有正有負。然而，到發(fā)展年秋季(圖3b)，6/7的CP型La Nia對應北極海冰正距平，而8次EP型La Nia事件中有5次海冰明顯偏少，3次雖然數(shù)值較小，但均為負距平，可以認為兩類La Nia對應北極海冰的變化出現(xiàn)了顯著相反的異常特征，即EP型La Nia時北極海冰偏少而CP型La Nia時海冰異常偏多；但北極海冰對El Nio事件的響應并不穩(wěn)定，無論是EP型還是CP型El Nio海冰異常均有正有負。

圖3 4類ENSO事件發(fā)展年夏季(a)和秋季(b)北極海冰區(qū)域(60°～90°N，0°～360°)平均標準化指數(shù)與同期CPC Nio指數(shù)散點圖分布。Nio3指數(shù)代表EP型事件，Nio4指數(shù)代表CP型事件Fig.3 Scatter of standardization index of regional average of Arctic sea ice (60°-90°N，0°-360°) and CPC Nio index in summer (a) and autumn (b) during the development phase of four types of ENSO e-vents. Nio3 and Nio 4 index indicate EP and CP events respectively

圖4 EP/CP型El Nio發(fā)展年夏季(a，c)和秋季(b，d)北極海冰密集度異常(%)合成結果Fig.4 Composites of Arctic sea ice concentration anomalies (%) in summer (a，c) and autumn (b，d) of EP/CP El Nio during their development phasea、b為EP型El Nio，c、d為CP型El Nio；圖中填色區(qū)域通過了90%顯著性檢驗EP El Nio (a，b)，CP El Nio (c，d)；shading indicates anomalies exceeding 90% confidence level

圖5 EP/CP型La Nia發(fā)展年夏季(a，c)和秋季(b，d)北極海冰密集度異常(%)合成結果Fig.5 Composites of Arctic sea ice concentration anomalies (%) in summer (a，c) and autumn (b，d) of EP/CP La Nia during their development phasea、b為EP型El Nio，c、d為CP型El Nio；圖中填色區(qū)域通過了90%顯著性檢驗EP El Nio(a，b)，CP El Nio(c，d)；shading indicates anomalies exceeding 90% confidence level

圖6 EP型La Nia事件發(fā)展年夏季(a，c)和秋季(b，d)海平面氣壓異常(a，b，單位：hPa)以及2 m氣溫(單位：℃)和風場異常(c，d，單位：m/s)的合成結果Fig.6 Composites of sea level pressure (SLP) anomalies (a，b， unit：hPa) ， 2 m air temperature (unit:℃) and wind anomalies (c，d， unit：m/s) in summer (a，c) and autumn (b，d) during EP La Nia development phase紅色扇形框表示海冰異常偏少的關鍵區(qū)范圍，網(wǎng)格區(qū)域(a，b)和粗實線內區(qū)域(c，d)表示通過90%顯著性檢驗Red fans indicate key areas that sea ice is less than normal， griddings(a，b)and areas within the thick line(c，d)indicate anomalies exceeding 90% confidence level

圖7 EP La Nia事件發(fā)展年夏季(a，c)和秋季(b，d)500 hPa位勢高度異常合成(a，b)和回歸(c，d)結果對比Fig.7 Contrast of 500 hPa geopotential height composite (a，b) and regression (c，d) in summer (a，c) and autumn (b，d) during EP La Nia development phase回歸序列為圖2e、f紅色框內海溫異常的區(qū)域平均；紅色扇形框表示海冰異常偏少的關鍵區(qū)范圍；網(wǎng)格區(qū)域表示通過90%顯著性檢驗Regression sequence is the SSTA regional average of red boxes in Fig.2e and 2f；red fans indicate key areas that sea ice is less than normal， griddings indicate anomalies exceeding 90% confidence level

圖8 EP型La Nia事件發(fā)展年夏季(a)和秋季(b)凈表面熱通量(Qnet)的合成結果Fig.8 Composites of net surface heat flux in summer (a) and autumn (b) during EP La Nia development phase紅色扇形框表示海冰異常偏少的關鍵區(qū)范圍，網(wǎng)格區(qū)域表示通過90%顯著性檢驗Red fans indicate key areas that sea ice is less than normal， griddings indicate anomalies exceeding 90% confidence level

圖9 EP型La Nia發(fā)展年夏季(a)和秋季(b)海冰關鍵區(qū)(70°～90°N，30°～90°E)區(qū)域平均凈表面熱通量各項貢獻Fig.9 Contributions of each items of net surface heat flux averaged in the sea ice key area (70°-90°N，30°-90°E) in summer (a) and autumn (b) during EP La Nia development phase

圖10 EP型La Nia事件發(fā)展年夏季(a)和秋季(b)850 hPa比濕的合成結果Fig.10 Composites of 850 hPa specific humidity in summer (a) and autumn (b) during EP La Nia development phase紅色扇形框表示海冰異常偏少的關鍵區(qū)范圍，網(wǎng)格區(qū)域表示通過90%顯著性檢驗Red fans indicate key areas that sea ice is less than normal， griddings indicate anomalies exceeding 90% confidence level

圖12 CP La Nia事件發(fā)展年夏季(a，c)和秋季(b，d)500 hPa位勢高度異常合成(a，b)和回歸(c，d)結果對比Fig.12 Contrast of 500 hPa geopotential height composite (a，b) and regression (c，d) in summer (a，c) and autumn (b，d) during CP La Nia development phase回歸序列為圖2g、h紅色框內海溫異常的區(qū)域平均；紅色扇形框表示海冰異常偏多的關鍵區(qū)范圍，網(wǎng)格區(qū)域表示通過90%顯著性檢驗Regression sequence is the SSTA regional average of red boxes in Fig.2g，h; red fans indicate key areas that sea ice is more than normal，griddings indicate anomalies exceeding 90% confidence level

圖14 CP型La Nia發(fā)展年夏季(a)和秋季(b)海冰關鍵區(qū)(70°～90°N，150°E～160°W)區(qū)域平均凈表面熱通量各項貢獻Fig.14 Contributions of each items of net surface heat flux averaged in the sea ice key area (70°-90°N，150°E-160°W) in summer (a) and autumn (b) during CP La Nia development phase

4 兩類La Nia事件與北極海冰聯(lián)系的可能物理機制

北極海冰的變化與局地大氣環(huán)流和凈表面熱通量異常關系密切，下面將主要從這兩個角度對兩類La Nia事件對應的北極海冰變化進行對比分析。

圖6的分析表明關鍵區(qū)附近的氣旋式環(huán)流異常對海冰的減少有重要作用，這種環(huán)流異常在對流層中層也表現(xiàn)明顯(圖7a，7b)。圖7c和7d(圖2e、2f紅框范圍)給出了夏秋季節(jié)海溫異常對500 hPa位勢高度的回歸(為方便分析，回歸結果均已進行反號處理)，對比合成和回歸結果可以發(fā)現(xiàn)，無論是夏季還是秋季，在副熱帶中東太平洋至北美東部地區(qū)均呈現(xiàn)出了PNA位勢高度距平波列，海冰關鍵區(qū)位勢高度以負異常為主，秋季，該負異常與中緯度出現(xiàn)的位勢高度正異常共同形成了類似AO正位相氣壓北負南正的結構，使海冰關鍵區(qū)及其周邊地區(qū)出現(xiàn)氣旋式環(huán)流，氣溫增加，有利于海冰的減少。需要進行說明的是，當用逐月的海溫異常對海冰密集度進行超前滯后相關分析時，發(fā)現(xiàn)6-11月北極海冰關鍵區(qū)的異常變化滯后海溫異常約1-2個月(圖略)，這種滯后性同樣體現(xiàn)在大氣環(huán)流的變化上，但由于本文研究的是夏秋季節(jié)平均海冰的異常變化，因此1-2月的滯后性不明顯。以上分析表明，熱帶太平洋海溫異?？梢酝ㄟ^遙相關波列影響北極高緯度地區(qū)的大氣環(huán)流異常，在巴倫支海、喀拉海形成氣旋式環(huán)流，促進該地區(qū)海冰的異常偏少，進一步研究還發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的局地凈表面熱通量也出現(xiàn)了異常變化。局地凈表面熱通量由以下公式給出：

Qnet=Qdsw-Qusw+Qdlw-Qulw-Qlh-Qsh，

(1)

式中，方程右邊各項分別為向下(上)短波輻射Qdsw(Qusw)，向下(上)長波輻射Qdlw(Qulw)，潛熱通量Qlh和感熱通量Qsh。根據(jù)該公式計算得到EP型La Nia發(fā)展年夏季和秋季凈表面熱通量的異常分布，如圖8所示?？梢姡贓P型La Nia發(fā)展年夏季(圖8a)巴倫支海、喀拉海關鍵區(qū)為顯著的熱通量凈收入，且通過90%顯著性檢驗，異常增加的熱通量造成了海冰減少。然而秋季(圖8b)凈表面熱通量反向變?yōu)樨摼嗥剑瑸榻忉屵@一現(xiàn)象，給出海冰關鍵區(qū)在EP型La Nia發(fā)展年期間公式(1)中右邊每一項的貢獻(圖9)。

夏季關鍵區(qū)凈熱通量(Qnet)異常偏高(圖9a)，海冰異常偏少，產生正貢獻的項為向上短波輻射(Qusw)、向下長波輻射(Qdlw)、潛熱通量(Qlh)和感熱通量(Qsh)。向上短波輻射(Qusw)取決于下表面反照率，但海冰-反照率強烈的正反饋機制，使得該項主要表現(xiàn)為海冰變化的結果，因此在進行海冰變化原因分析時暫不考慮；向下長波輻射(Qdlw)、潛熱通量(Qlh)和感熱通量(Qsh)主要與空氣中水汽含量、風場和溫度有關，水汽含量越高(低)、風場與溫度場形成暖(冷)平流，對凈熱通量貢獻越大(小)，關鍵區(qū)海冰則異常減少(增加)，這與上文分析的2 m溫度場與10 m風場的合成結果一致(圖6c，6d)。此外，夏季關鍵區(qū)比濕也表現(xiàn)為顯著的正異常(圖10)，這與熱通量的分析是吻合的。秋季(圖9b)，關鍵區(qū)凈熱通量(Qnet)為異常負距平，主要貢獻項為向上長波輻射(Qulw)，該項取決于地表溫度，反映結冰量的多少，結冰量越大(小)，釋放熱量使得下表面溫度越高(低)，向上長波輻射越強(弱)，則凈熱通量增加(減少)，這說明秋季凈熱通量異常主要是海冰異常作用的結果，而非原因。Walsh和Johnson[46]認為在海冰結冰的季節(jié)(8月至翌1月)，海冰對大氣環(huán)流的影響稍大于大氣對海冰的影響，而其他季節(jié)主要是大氣影響海冰，以上的分析驗證了這一說法，同時也證明了雖然秋季凈熱通量不能作為影響海冰變化的原因進行分析，但對夏季凈熱通量的分析仍然是必要的。

在500 hPa位勢高度上(圖12a，12b)，關鍵區(qū)氣壓異常與低層相似并有所加強，形成的正壓結構對北風異常的維持具有重要作用，北半球中高緯出現(xiàn)沿緯圈的位勢高度異常波列，與同期海溫回歸的結果十分相似(圖12c，12d)，關鍵區(qū)都表現(xiàn)為夏季西高東低而秋季全區(qū)一致偏低的分布形式，這表明該區(qū)域的夏秋季節(jié)海冰異常與熱帶太平洋海溫異常是緊密聯(lián)系的，熱帶太平洋的海溫異常通過遙相關波列使得關鍵區(qū)出現(xiàn)氣壓異常，北風的維持與凈熱通量的顯著減少(圖13a)，共同促進了關鍵區(qū)海冰的增加。秋季(圖13b)，極區(qū)通過檢驗的區(qū)域較少，部分區(qū)域還出現(xiàn)了凈通量的正距平，為分析其原因，同樣計算了公式(1)右邊各項對該地區(qū)凈表面熱通量的貢獻，結果如圖14。夏季(圖14a)關鍵區(qū)凈表面熱通量為顯著的負異常，主要貢獻項分別為向上短波輻射(Qusw)和感熱通量(Qsh)，上文分析已經(jīng)指出暫不考慮向上短波輻射項，但感熱通量數(shù)值較小，因此凈表面熱通量的作用較弱，同時冷暖平流合成結果中(圖11c，11d)通過檢驗的區(qū)域也較少，可見該區(qū)域海冰的異常增加可能主要來源于風的驅動作用，從圖11c、11d可以看到，關鍵區(qū)北風異常將極點附近的海冰由北向南輸送，因此引起海冰密集度的異常增加。秋季(圖14b)情況與EP型La Nia相似，凈熱通量變化是海冰作用的結果而非原因，故不再進行分析。

5 結論

本文利用Hadley環(huán)流中心月平均海冰密集度、海溫資料及NCEP/NCAR再分析資料，分析了4類不同ENSO事件與北極海冰變化之間的可能關系，得到結論如下：

(1)通過合成分析發(fā)現(xiàn)，在ENSO事件發(fā)展年的夏、秋季節(jié)，EP與CP型El Nio事件與北極海冰異常沒有明顯聯(lián)系。而La Nia事件期間北極海冰出現(xiàn)顯著的異常，并且EP型與CP型La Nia之間存在明顯差異，在EP型La Nia事件中北極地區(qū)的巴倫支海、喀拉海關鍵區(qū)海冰異常減少，而CP型La Nia事件對應東西伯利亞海、楚科奇海關鍵區(qū)海冰異常增加。

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The possible influence of sea surface temperature anomalies over the tropical Pacific on the Arctic sea ice

Luo Rui1， Qi Li1， Zhang Wenjun1， He Jinhai1

(1.KeyLaboratoryofMeteorologicalDisaster，MinistryofEducation/InternationalJointLaboratoryonClimateandEnvironmentChange(ILCEC)/CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters，NanjingUniversityofInformationScience&Technology，Nanjing210044，China)

The possible influence of sea surface temperature (SST) anomalies over the tropical Pacific on the Arctic sea ice and their possible mechanisms are researched from atmospheric circulation and net surface heat flux by using monthly data of HadISST and NCEP/NCAR spanning from 1950 to 2015. The main results obtained show that during summer and autumn of ENSO development phase， EP and CP El Nio events have no apparent connection with the Arctic sea ice anomalies. However， strong signals are detected when it happens to La Nia and there are distinctive differences between EP and CP events.Sea ice reduce in Barents/Kara Sea in EP La Nia but increase in East Siberia/Chukchi Sea in CP La Nia. During summer and autumn of EP La Nia’s development， SST anomalies over the tropical Pacific leads to negative SLP in Barents/Kara Sea by teleconnection wave trains and forms AO-like pattern together with positive SLP in middle latitude. It changes the wind which brings warm advection and southerly anomalies helps to transfer more warm water from North Atlantic， high water vapor content at the same time enhance the income of net surface heat flux and result in the decrease of sea ice in Barents/Kara Sea. In the situation of CP La Nia， East Siberia/Chukchi Sea are dominated by north wind in summer because of a cyclonic circulation in the eastern side， sea ice are transported here from North Pole and thus sea ice concentration increased， effect of net surface heat flux is small．

Arctic sea ice; EP/CP La Nia; atmospheric circulation; net surface heat flux

2016-08-30；

2016-12-26。

國家自然科學基金資助項目(41475086)；長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助(PCSIRT)；江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目(PAPD)。

羅蕊(1991-)，女，云南省文山壯族苗族自治州人，主要從事海-冰-氣相互作用研究。E-mail：lorry_17723@163.com

*通信作者：祁莉，女，教授，主要從事季風和海-陸-氣相互作用研究。E-mail：qili@nuist.edu.cn

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.07.006

P732.6

A

0253-4193(2017)07-0053-17

羅蕊，祁莉，張文君，等. 熱帶太平洋海溫異常對北極海冰的可能影響[J]. 海洋學報， 2017， 39(7): 53-69，

Luo Rui， Qi Li， Zhang Wenjun， et al. The possible influence of sea surface temperature anomalies over the tropical Pacific on the Arctic sea ice[J]. Haiyang Xuebao， 2017， 39(7): 53-69， doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2017.07.006