北极增暖对欧亚冬季气候的影响：多时间尺度的因果关系解析

《SCIENCE ADVANCES》：Teleconnection from Arctic warming suppresses long-term warming in central Eurasia

本研究聚焦于北极巴伦支-喀拉海（BKS）增暖对欧亚冬季气候的影响，通过扩展动力学调整方法（EDAA）分离内部动力学和热力强迫的BKS增暖对大气环流的影响，揭示了多时间尺度上的因果联系，为理解北极与中纬度气候的复杂关系提供了新见解。

　　北极地区尤其是巴伦支-喀拉海（BKS）的快速增暖是否显著影响欧亚冬季气候一直是气候学界的热点问题。近年来，随着北极增暖现象愈发显著，这一问题愈发受到关注。为此，国内某研究机构的研究人员开展了相关研究，旨在通过创新的方法揭示BKS增暖与欧亚冬季气候之间的复杂因果关系。研究结果表明，BKS增暖对欧亚冬季气候的影响在不同时间尺度上存在显著差异，且内部动力学和热力强迫的BKS增暖均对欧亚冬季气候产生影响，这一发现为理解北极与中纬度气候的相互作用提供了新的视角，具有重要的科学意义。论文发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为相关领域的研究提供了新的理论依据。

北极地区作为全球气候系统的重要组成部分，其增暖速度远超全球平均水平，这一现象被称为北极放大（Arctic Amplification, AA）。在冬季，BKS区域的增暖尤为显著，与此同时，欧亚大陆中部却经历了持续的降温，形成了所谓的“暖北极-冷欧亚”（WACE）地表气温趋势模式。然而，关于BKS增暖是否直接导致欧亚冬季降温的因果关系一直存在争议。一方面，有研究认为BKS增暖通过减弱经向温度梯度，诱导异常反气旋响应，从而增加欧亚地区冷冬的可能性；另一方面，也有研究指出欧亚冬季降温可能更多地受到大气内部变率的影响，而非BKS增暖的直接结果。这种争议的核心在于难以区分观测到的WACE模式究竟是由大气内部变率驱动，还是由BKS增暖的外部强迫引起。

为了解决这一争议，研究人员采用了扩展动力学调整方法（Extended Dynamical Adjustment Approach, EDAA）。该方法通过对观测数据进行分析，将BKS地表气温（SAT）变化分解为由冬季大气环流引起的内部变率部分（BKST_Internal）和与人类活动强迫相关的热力强迫部分（BKST_Forced）。通过诊断地表湍流热通量（Turbulent Heat Flux, THF）的方向以及前序海冰浓度（Sea Ice Concentration, SIC）的变化，进一步验证了EDAA的有效性，并支持了EDAA分解的因果关系推断。

研究结果表明，在1991-2012年期间，欧亚中部冬季SAT趋势为显著的降温趋势，而BKS增暖与欧亚中部降温之间的联系受到大气内部变率和强迫BKS增暖的共同影响。大气内部变率，尤其是北极涛动（Arctic Oscillation, AO），在1991-2012年期间对欧亚中部降温的贡献更为显著。然而，在1980-2022年的长期时间尺度上，BKS增暖对欧亚中部降温的影响逐渐凸显，贡献了所谓的欧亚中部“增暖空洞”现象。这一结果表明，尽管BKS增暖对欧亚冬季气候的影响在年际到年代际时间尺度上相对较弱，但在多年代际时间尺度上却具有不可忽视的作用。

在研究过程中，研究人员首先定义了BKS区域的SAT指数（BKST），并将其分解为BKST_Internal和BKST_Forced两个部分。通过分析与BKST_Internal和BKST_Forced相关的850百帕风场、THF以及前序SIC异常，研究人员发现BKST_Internal主要与大气内部变率相关，而BKST_Forced则与前序SIC变化密切相关。进一步的量化分析表明，在1991-2012年期间，BKST_Internal对欧亚中部SAT降温的贡献约为23.5%，而BKST_Forced对降温的贡献约为35.3%。这表明，尽管大气内部变率在欧亚中部降温中起主导作用，但BKS增暖的热力强迫部分也不容忽视。

此外，研究人员还发现，与BKS增暖无关的欧亚中部SAT指数（CET_{RM_BKST}）的异常与AO的异常密切相关，且这种相关性在1980-2022年期间达到了0.80。这进一步证实了大气内部变率在欧亚中部SAT变化中的重要作用。在长期时间尺度上（1980-2022年），BKS增暖的热力强迫部分对欧亚中部SAT的降温贡献约为-0.24 K/十年，这一降温趋势有效地抑制了外部辐射强迫引起的增暖。

综上所述，本研究通过EDAA方法，基于观测数据，揭示了BKS增暖与欧亚冬季气候之间的复杂因果关系。研究结果强调了在不同时间尺度上，大气内部变率和热力强迫的BKS增暖对欧亚冬季气候的差异化影响，为理解北极与中纬度气候的相互作用提供了新的视角。这一发现不仅有助于解决关于BKS增暖与欧亚冬季气候关系的长期争议，还为未来气候预测和应对气候变化提供了重要的科学依据。