厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation，ENSO）是赤道太平洋地区年际变率的主要模态，对全球范围内的天气和气候都产生了十分重要的影响，其中也包括两极地区。与ENSO相关的热带异常信号可以通过异常大气环流等其他途径向极地传播，使之成为北极地区海冰和气温等气象要素年际尺度变率的主要来源，从而构成了热带太平洋向北极地区的遥相关途径。与此同时，北极海冰的持续消融使得海洋向大气释放了大量热量，并引起北半球中高纬度地区甚至热带太平洋地区的气候响应，形成了北极地区向热带太平洋的遥相关途径。
那么，北极地区海冰与大气间的相互作用是否会对热带地区ENSO事件产生显著影响？与海冰相关的表面通量变化又是如何激发这种远程联系的？我院邓洁淳副教授与美国纽约州立大学Albany分校Aiguo Dai（戴爱国）教授合作，针对以上相关问题进行了研究，研究结果以“Arctic sea ice–air interactions weaken El Niño–Southern Oscillation”为题于3月29日在国际著名期刊《Science Advances》（2023年IF=13.6）上发表。他们先前的研究已经揭示了海冰-大气相互作用对北半球冬季中高纬地区温度和AMOC等年代际变率的放大作用（https://cas.nuist.edu.cn/info/1501/17133.htm），而该项研究则从年际变率的角度揭示了这种冰气相互作用对热带太平洋地区ENSO事件的影响，这将有助于加深理解ENSO形成和变化的机理，并对预估未来ENSO事件的变化有重要指示意义。
基于再分析资料和气候模式的数值试验，该研究发现北极海冰-大气相互作用能够通过改变热带太平洋地区的基本气候态使得ENSO事件及其相关的气候异常幅度减弱约12%至17%。这种北极-热带太平洋遥相关关系的主要物理过程如下图所示，其中包括：（1）由于正、负海冰异常对海气表面热通量交换的影响具有明显的非对称性，那么对于基本态而言，6月至9月北太平洋北部海冰边缘区就会吸收更多的短波辐射，同时海洋向大气的热通量增加，使得该地区上方大气增温，尤其是在对流层中低层；（2）该异常加热激发出向热带太平洋地区传播的异常罗斯贝波列，同时北太平洋上出现了与该波列相对应的海平面气压异常；（3）根据风压场关系，热带西太平洋附近出现西南风异常，减弱了气候态条件下该地区盛行的东北信风，从而有利于海温升高，并增强了热带太平洋海温的纬向梯度；（4）热带中东太平洋地区气候平均的越赤道信风也随之增强，并造成该地区海温降低；（5）同时，由于暖海水在赤道中太平洋积聚并伴随有异常的Ekman抽吸作用，该地区的温跃层加深。这些热带太平洋地区基本气候态的变化，抑制了一系列与ENSO发展有关的反馈过程（主要是纬向平流反馈和温跃层反馈过程），并最终减弱了ENSO事件的强度。
最后，该研究结果也预示着，全球变暖背景下北极海冰的损失会使得这种相互作用及其对ENSO事件的抑制效应减弱消失，那么ENSO事件及与之相关的环流异常（如太平洋-北美遥相关型）在未来很可能会增强，这与目前已有的模式预估结果是相吻合的。因此，该研究也指出，现有的气候模式需要更加真实地模拟这种冰气相互作用，从而更好地模拟预估未来ENSO事件及其影响的变化。
图 北极海冰-大气相互作用影响ENSO事件的物理过程示意图
论文信息：
Deng, Jiechun* and Aiguo Dai* (2024) Arctic sea ice–air interactions weaken El Niño–Southern Oscillation. Science Advances, 10, eadk3990, https://doi.org/10.1126/sciadv.adk3990.
相关阅读：
Deng, Jiechun* and Aiguo Dai* (2022) Sea ice-air interactions amplify multidecadal variability in the North Atlantic and Arctic region. Nature Communications, 13, 2100, https://doi.org/10.1038/s41467-022-29810-7.
Dai, Aiguo* and Jiechun Deng* (2022) Recent Eurasian winter cooling partly caused by internal multidecadal variability amplified by Arctic sea ice-air interactions. Climate Dynamics, 58, 3261–3277, https://doi.org/10.1007/s00382-021-06095-y.
Dai, Aiguo*, and Jiechun Deng (2021) Arctic Amplification weakens the variability of daily temperatures over northern middle-high latitudes. Journal of Climate, 34, 2591–2609, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0514.1.
相关媒体报道：
1. “Atmospheric scientists link Arctic Sea loss ice to strong El Niño events” (UAlbany News Center): https://www.albany.edu/news-center/news/2024-atmospheric-scientists-link-arctic-sea-ice-loss-strong-el-nino-events.
2. “极地与热带气候的交响曲：研究揭示北极海冰-大气相互作用减弱厄尔尼诺事件强度” (Science《科学》系列期刊官方微信公众号ScienceAAAS): https://mp.weixin.qq.com/s/xAp8C4p1YD0gWd63_CoMaQ.