中国科学院大气物理研究所，联合云南大学、浙江大学、加拿大环境部和英国剑桥大学的相关学者，在北极—热带相互作用领域取得新进展。团队最新研究揭示北极海冰对ENSO事件的非对称影响及其机理。研究成果以“Asymmetric impacts of Arctic sea ice anomalies on El Niño-Southern Oscillation”为题发表在国际学术期刊《NPJ Climate and Atmospheric Science》。

北极海冰是地球气候系统的关键组成部分，被认为是全球气候变化的重要指示器和放大器。诸多研究指出20世纪90年代以来，北极海冰的快速消退对中高纬气候系统产生了显著影响。近年来的研究表明，北极海冰变化的影响不仅仅局限于中高纬，对热带气候系统也有深远影响，尤其是对ENSO事件的发生和发展（图1）。然而，以往研究尚未明确北极海冰变化对ENSO事件及对全球气候系统的影响是否具有非对称性。深入探讨北极海冰异常对ENSO事件影响的非对称性，不仅有助于揭示ENSO自身非对称特征形成的原因，也可为理解北极海冰变化影响全球气候的不确定性提供新的视角。

中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室的陈尚锋研究员团队基于观测资料分析、动力机制诊断和数值模拟揭示北极海冰异常对ENSO事件等热带气候系统的影响具有显著的非对称性：北极关键区海冰增加会显著影响厄尔尼诺事件、印度洋偶极子和热带西太平洋台风活动，而海冰减少对热带气候系统的影响相对较弱（图2）。其物理机制为：冬季格陵兰-巴伦支海海冰偏多伴随北极深层冷异常，该深层冷源激发经向传播的大气波列，在副热带北太平洋形成异常气旋环流（图3）。异常气旋环流通过减弱东北信风引发副热带海温升高，再经风-蒸发-海温正反馈机制，于次年夏季在热带西太平洋产生强的西风异常，进而通过触发热带Bjerknes海气正反馈过程促进厄尔尼诺事件的发展。北极海冰偏多激发的热带厄尔尼诺型海温异常也可以进一步影响印度洋偶极子和热带气旋活动。然而，北极海冰减少对应着北极浅层暖异常。浅层暖异常无法激发明显的大气Rossby波列，因此对拉尼娜事件等热带气候系统的影响较弱。

为验证北极海冰增减对应的深层冷和浅层暖异常对大气环流的非线性作用，研究团队进一步开展了多组线性斜压模式数值试验。数值试验显示：北极深层冷异常能有效激发自北极向副热带北太平洋传播的大气Rossby波，与观测结果吻合（图4）。相较而言，北极浅层暖异常引发的大气Rossby波列强度明显偏弱且位置偏北，因此对ENSO和热带气候系统的影响较弱。

该研究揭示了北极海冰异常对ENSO等热带气候系统的非对称性影响和机理，指出未来探讨北极海冰变化的全球气候效应时需考虑其非对称特征，当前学界关于北极海冰气候效应的争议可能部分源于未考虑北极海冰异常造成的非对称影响。该成果第一作者为地球系统数值模拟与应用全国重点实验室的陈尚锋研究员，通讯作者为云南大学陈文教授。该研究受到了国家自然科学基金、云南省自然科学基金和中国科学院大气物理研究所十四五规划青年项目的联合资助。

论文信息：

Chen, S.-F., W. Chen, R. Wu, B. Yu, H.-F. Graf, Z.-B. Wang, X. Cao, and Y.-Q. Zheng, 2025: Asymmetric impacts of Arctic sea ice anomalies on El Niño-Southern Oscillation. Npj Climate and Atmospheric Science, 8, 276, https://doi.org/10.1038/s41612-025-01168-9

图1. 冬季北极关键区海冰异常对次年冬季ENSO事件的影响。(a-d) 左列为基于前冬北极海冰指数回归得到的SST及850hPa风场异常，(e-h) 右列为对应的降水异常。(a-d) 中打点区域表示SST异常通过95%置信度检验，(e-h) 中打点区域表示降水异常通过95%置信度检验。

图2.北极海冰异常对ENSO事件的非对称影响。(a-d) 和 (e-h) 分别为北极关键区海冰偏高年份（左列）和偏低年份（右列）的SST合成异常季节演变。(i-p) 为对应的850hPa风场与降水合成异常。(a-h) 中打点区域表示SST异常通过95%置信度检验，(i-p) 中打点区域表示降水异常通过95%置信度检验。

图3. 冬季北极海冰异常对同期冬季大气环流的非对称性影响。(a-b) 为北极关键区海冰偏高年份（左列）和偏低年份（右列）在0°-60°E平均的气温合成异常；(c-d) 为对应的500hPa流函数及风场合成异常；(e-f) 为表面风速异常。打点区域表示异常通过95%置信度检验。

图4. LBM数值试验中北极深层冷引发的大气环流响应。LBM数值试验中设定的冷源的 (a) 水平分布和 (b) 垂直结构。(c) LBM数值试验中200hPa风场与流函数对设定冷源的响应。

图5. LBM数值试验中北极浅层增引发的大气环流响应。LBM数值试验中设定的热源的 (a) 水平分布和 (b) 垂直结构。(c) LBM数值试验中200hPa风场与流函数对设定热源的响应。