近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境實驗室（LTO）王鑫研究員團隊在北極氣候變化研究中取得重要進展。首次揭示了厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）對白令海冬季海冰的控制機制在20世紀90年代中期發生根本性轉變，其中北太平洋經向模態（NPMM）的關鍵橋梁作用顯著增強。該研究成果以“ENSO’s Changing Grip on Bering Sea Ice: The Emerging Control of the North Pacific Meridional Mode”為題，發表在國際知名學術期刊Science Advances上。LTO副研究員陳潔鵬為論文第一作者，研究員王鑫和工程師陳昇為共同通訊作者，合作者還包括研究員王春在、研究員張磊、副研究員何卓琪，加州大學爾灣分校教授Jin-Yi Yu和中山大學教授劉驥平。

白令海冬季海冰作為區域氣候系統的重要調節器，其年際變化長期被認為主要受ENSO調控。傳統觀點認為ENSO通過影響阿留申低壓的強度與位置，改變白令海區域的風場和熱通量，最終影響海冰范圍，且這一關系被認為相對穩定。然而，本研究通過綜合分析觀測資析和數值模擬試驗，發現該“遙控”機制在20世紀90年代中期發生明顯轉折。

研究顯示，在20世紀90年代中期之前，東太平洋型ENSO主導了與白令海海冰之間的正相關關系；此后，隨著中太平洋型ENSO事件頻率增加，兩者關系逆轉為負相關，這一轉變的核心機制在于中太平洋型ENSO與NPMM之間的耦合顯著增強（圖1）。當兩者協同作用時，會激發一支向極地傳播的羅斯貝波列，如同架設了一座從熱帶經副熱帶延伸至白令海的“大氣橋梁”。該波列在白令海區域引發異常偏南風，一方面阻礙北極浮冰向南輸送，另一方面促進低緯度暖濕空氣北上，共同導致海冰范圍減少（圖2）。

值得注意的是，NPMM變率的增強及其與中太平洋型ENSO耦合的穩固化，是這一遙相關路徑影響力放大的關鍵。自20世紀90年代以來，在多尺度氣候動力學過程（如大西洋多年代際振蕩、熱帶輻合帶位移等）協同作用下，NPMM變率顯著增大，成為更有效的“信號放大器”，將熱帶中太平洋海溫異常信號更強勁地傳遞至副極地地區。量化分析表明，與NPMM單獨作用相比，其與中太平洋型ENSO的耦合使后者對白令海海冰變率的解釋貢獻提升了38.9%。

這一發現對未來的氣候預測具有重要意義。在全球變暖背景下，氣候模型預測中太平洋型ENSO事件將更頻繁發生，其與NPMM的關聯可能進一步加強。這意味著，本研究揭示的“副熱帶-副極地”遙相關路徑對未來白令海乃至更廣泛的太平洋-北極區域海冰變化的控制力將持續上升。因此，改進氣候模式對ENSO多樣性、NPMM動力學及其耦合效應的刻畫，將成為準確預估北極海冰及其氣候與環境效應的關鍵。

該項研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣州市科技計劃項目和中國科學院青年創新促進會等共同資助。

圖1 白令海冬季海冰密集度（SIC）年際變率及其與ENSO的21年滑動相關關系（1979–2022）。橙色虛線：1–3月（JFM?）白令海SIC的21年滑動標準差（表征變率強度）；黑色實線：前一年夏季（JJA?）Ni?o3.4指數與JFM?白令海SIC的滑動相關系數；藍色（紅色）實線：剔除Ni?o4（Ni?o3）影響后，JJA? Ni?o3（Ni?o4）指數與JFM?白令海SIC的偏相關系數。

圖2 NPMM調制下中太平洋型ENSO對白令海冬季海冰影響的機制轉變示意圖。(A)1978-1994年：赤道中太平洋暖海溫異常激發類PNA型的大氣遙相關波列，在對流層高層于北美北部形成顯著高壓異常，而低層反氣旋較弱。此環流結構不利于暖空氣向北輸送和海冰南向輸運，白令海海冰變化不顯著。(B)1995-2021年：中太平洋型厄爾尼諾與正位相NPMM耦合，增強并西移了向極傳播的羅斯貝波列。北美西北部及至白令海上空高壓異常增強。白令海東部低層反氣旋引發持續南風異常，一方面阻礙海冰南輸，一方面促進暖濕空氣北進，共同造成白令海海冰顯著減少。

相關論文信息：Chen,J.,Yu,J.Y.,Wang,C.,Liu,J.,Wang,X.,Chen,S.,Zhang,L.,He,Z. (2025) ENSO's changing grip on Bering Sea ice: the emerging control of the North Pacific Meridional Mode. Sci. Adv. 11(47). https://doi.org/10.1126/sciadv.ady2329.

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