近四十年的衛星觀測記錄顯示🧏🏻，北極夏季海冰有明顯的退縮趨勢🪃。2012年夏季，北極海冰面積只有約2.5百萬平方公裏，是目前觀測記錄的最低值。而1980年夏季，北極海冰面積可達6百萬平方公裏。基於地球模式的評估，有研究指出，北極可能在本世紀中葉以前出現無冰之夏。另外⟹👂，每年春季都有相關研究關註如何預估當年夏季的海冰分布情況。

日前發表在Journal of Climate的一篇文章主要關註了北極海冰春季開始融化時間（Melt Onset）的變化模態，及與大尺度大氣環流的關聯。論文的第一作者為我系博士後梁紅傑，通訊作者為周文教授。這裏的海冰春季開始融化時間是指海冰表面開始融化出現液態水的日期💆🏼‍♂️，借助於液態水放射率偏高的特點，這一日期可以通過衛星被動微波遙感反演得到。其研究區域在拉普捷夫海（Laptev Sea）和東西伯利亞海（East Siberian Sea），是西伯利亞沿岸、東北航道途徑的兩個關鍵海域👼🏿，因為這裏的夏季海冰往往是較多的🚣‍♂️👃🏻。

通過經驗正交函數（Empirical Orthogonal Function）分解方法🤹🏼‍♂️，北極海冰春季開始融化時間在該邊緣海域主要有三個變化模態，第一模態呈現出兩海區比較統一的變化，稱其為LE-mode （這裏L和E是兩海區的英文首字母）⚱️；第二模態表現為沿西南-東北方向的蹺蹺板型變化特征，稱其為L-mode™️；第三模態表現為沿東南-西北方向的蹺蹺板型變化特征，稱其為E-mode💁🏽‍♀️。這三個主模態正位相的空間分布如圖1左列所示。通過主模態時間序列確定各年的優勢模態及其位相之後🧑🏼‍🦳，基於原始數據的正負位相差反映出與EOF分解類似的模態👮‍♀️，一定程度說明這三個主模態的可靠性👩🏼‍🔧。

圖1 北極海冰春季開始融化時間在拉普捷夫海和東西伯利亞海的EOF分解主模態（左列）和對應模態在優勢年份基於原始數據的正負位相差（右列）

因為對於拉普捷夫海和東西伯利亞海兩個海區來說👩🏻‍🦯，海冰春季開始融化時間一般發生在5-6月，該研究將相關的4-5月大氣要素（包括表面氣溫、大氣柱水汽含量8️⃣、海表面氣壓、表面風場🐱、500 hPa位勢高度及風場）回歸到各模態🦖，以探索前期大氣條件對各模態的調製。以第一模態LE-mode為例（圖2），當正位相下兩海區春季海冰開始融化時間偏早時，對應的4-5月大氣都比較溫暖濕潤🏌️，尤其明顯的是4月👩🏿‍🏭，其對流層中低層在北冰洋區域有氣旋式異常，中心約在兩海區西北方向⏲，其一定程度上解釋了平流過程如何將溫暖濕潤空氣帶入兩海區。4月的這一大氣動力響應類似於正位相的北極濤動（Arctic Oscillation）🤾🏽‍♂️，其空間分布具有一定可比性。後續的分析也顯示，4月北極濤動指數與第一模態LE-mode具有顯著的相關性👬。

圖2 各大氣要素對第一模態LE-mode的回歸場（第一行為4月🗯，第二行為5月），以及4月北極濤動正位相下的各大氣要素（第三行）。洋紅色線標註出的是拉普捷夫海和東西伯利亞海的範圍。

基於同樣的分析方法，該研究顯示，4月巴倫支振蕩（Barents Oscillation）調製第二模態L-mode；5月北極濤動調製第三模態E-mode。在次季節尺度上，這主要反映的4-5月大氣氣旋式異常中心在不同位置下平流輸運過程對研究海區的影響。另外🧏🏿‍♂️，在天氣尺度上🚧，這些調製過程可能與風暴過程有關🤵‍♂️。圖3顯示了該研究的主要結果和結論。在未來的研究中， 4-5月大氣環流氣旋式異常的變化機製或許值得關註🪀。

圖3 主要結論和過程示意圖

論文信息🎄：

Liang, H., and W. Zhou, 2023: Arctic Sea Ice Melt Onset in the Laptev Sea and East Siberian Sea in Association with the Arctic Oscillation and Barents Oscillation. J. Climate, 36, 6363–6373, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0791.1.