全球气候变化背景下，北极和热带气候发生了剧烈变化，北极-热带气候之间的关联对全球气候有重要影响。我院孙博教授研究组围绕北极-热带关联模态，利用观测资料和CMIP6模式模拟资料，系统分析了年际尺度上冬季（1–2月）北极海冰驱动的大气遥相关模态（图1）和热带海温驱动的大气遥相关模态（图2），评估了CMIP6耦合模式对北极-热带关联模态的模拟能力，优选出了能够较好地模拟北极-热带关联模态的模式。

研究表明冬季（1–2月）北极巴伦支海海冰异常减少引起北极地区海平面气压偏低和欧亚大陆海平面气压偏高，北极地区气温偏高而欧亚大陆气温偏低。增强的西伯利亚高压使得东亚冷平流增强，导致东亚低纬度地区气温偏低。此外，巴伦支海海冰异常减少引起其大气环流异常，激发南传的Rossby波影响欧亚大陆及热带地区上空的大气环流，引起200 hPa位势高度在北极-东西伯利亚-西太平洋地区上空的“+ – +”三极型分布。此外，北极海冰异常减少能够引起赤道西太平洋地区东风异常和降水正异常、菲律宾海地区降水负异常。评估了24个CMIP6模式对上述遥相关型的模拟能力，结果表明，CanESM5、MPI-ESM1-2-HR、EC-Earth3、MRI-ESM2-0、NorESM2-MM、IPSL-CM6A-LR及 NorESM2-LM等7个模式能够较好地模拟海冰异常减少时北极地区的偏暖异常、东亚地区的偏冷异常及北极-东西伯利亚-西太平洋200hPa位势高度异常的“+ – +”三极型分布。大部分模式对于北极海冰异常引起的热带850hPa风场和降水异常模拟能力较差。

当冬季（1–2月）Niño 3.4指数偏高时，赤道中东太平洋地区海温异常偏高，赤道东太平洋地区海温偏低，北太平洋和北大西洋海温偏低。热带太平洋海温异常激发向北传播的罗斯贝波，引起阿留申群岛200 hPa位势高度负异常，北美北部和格陵兰岛200hPa位势高度正异常。阿留申低压和大西洋低压加深，而波弗特海和格陵兰岛地区高压异常加强。在850 hPa风场上，阿留申群岛附近呈显著的气旋式环流异常，格陵兰岛上空呈反气旋式环流异常。评估了24个CMIP6模式对上述遥相关型的模拟能力，结果表明，CESM2、ACCESS-CM2、NESM3、 EC-Earth3-CC、NorESM2-MM、CAS-ESM2-0、EC-Earth3-Veg及MRI-ESM2-0等8个模式能够较好地模拟热带太平洋海温呈现类El Niño型海温异常时引起的向北极传播的大气遥相关型及北美北部和格陵兰岛的气温正异常。

图1  1985–2014年冬季（1–2月）9年高通滤波的北极巴伦支海海冰回归的气候异常场：北极海冰异常（a）；海平面气压场异常（b）；地表温度异常（c）；200-hPa位势高度异常（d）；850-hPa风场异常（e）；降水异常（f）。图a、b、c、d和f中打点区域及图e中黄色阴影区域表示通过95%置信水平的显著性检验。

图2  1985–2014年冬季（1–2月）9年高通滤波的热带中东太平洋海温回归的气候异常场：太平洋海温异常（a）；海平面气压场异常（b）；地表温度异常（c）；200-hPa位势高度异常（d）；850-hPa风场异常（e）；降水异常（f）。图a、b、c、d和f中打点区域及图e中黄色阴影区域表示通过95%置信水平的显著性检验。

论文信息：

Sun, B., W. L. Li, H. J. Wang, R. F. Xue, S. Y. Zhou, Y. Zheng, J. R. Cai, W. C. Tang, Y. L. Dai, and Y. T. Huang, 2024: Performance Evaluation of CMIP6 Models in Simulating the Dynamic Processes of Arctic-Tropical Climate Connection During Winter. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129, e2024JD041328, https://doi.org/10.1029/2024JD041328.