近年来我国北方春季沙尘频次呈增加趋势，这与地表风速增强密切相关。为探究其成因，首先着眼于温度梯度变化，通过分析北极与中纬度地区地表温度变化的时间序列，意外发现北极增暖速率近些年有所放缓。经过头脑风暴，我们决定进一步验证北极放大效应是否减弱，由此展开深入研究，这一意外发现成为推动本研究的重要契机。
导 读
自20世纪70年代以来，全球气温持续升高，对北极产生了深刻的影响。21世纪以来，北极的气温变化是全球平均变化的2—4倍，被称为“北极放大”现象。以往的研究发现北半球的低温、降水以及大尺度环流异常都与北极放大密切相关，了解北极放大效应是否会随着温室效应的持续升温而继续存在至关重要。本研究基于观测和再分析数据，发现自2012年以后冬季北极放大现象减缓。这种减缓与北极海冰融化速率减慢密切相关。我们的研究结果提供了一种新的见解，即冬季北极放大对自然环境的广泛影响在近年来发生了明显变化。
图1 图文摘要
为了量化北极放大现象的变化特征，我们定义了北极放大指数，即北极地区与北半球地表气温的差值。分析表明，冬季北极放大速率在20世纪90年代之前相对较小，随后逐渐增加，并于2012年达到峰值后开始下降（图2）。然而，同期冬季全球地表平均增温速率在2012年后持续上升。这一结果表明，2012年以后冬季北极放大速率出现了明显减缓。
图2 1979—2023年冬季北极放大和全球变暖速率的时间演变
空间分析特征进一步佐证上述结论。1978—2012年间，北纬65°以北多数区域呈现显著冬季增温，其中巴伦支海和喀拉海最大增温率达0.4℃/年，而同期欧亚大陆中纬度出现降温（图3A-B）。2012—2023年格局发生逆转：北极主体转为降温区，巴伦支-喀拉海域降温达-0.6℃/年，中纬度则普遍升温（图3C-D）。冬季纬向平均的地表气温趋势进一步表明"暖北极-冷欧亚"模态在2012年前后发生相位反转（图3E-F）。
图3 冬季地表温度趋势的空间分布特征（A-D）和纬向平均的地表温度趋势变化（E-F）
考虑到北极放大指数的定义基于北极与北半球区域的地表气温差异，我们首先研究了两个地区地表温度时间演变。自2012年以来，北极地区冬季地表增温速率呈现显著下降趋势，而整个北半球地区的地表增温速率则持续上升（图4A）。这一增温的不均一性表明，冬季北极放大速率的减缓可能与北极地区冬季增温速率的降低密切相关。进一步分析显示，冬季北极海冰融化速率在2012年达到峰值（图4B），与冬季北极放大速率变化显著相关（r=0.87, p<0.01）。值得注意的是，大西洋经向翻转环流（AMOC）在2004年出现显著减弱（图4C），超前冬季北极放大减缓大约8年，两者存在显著相关性（r=0.79, p<0.01）。AMOC减弱导致巴伦支-喀拉海区海洋热通量（感热、潜热及长波辐射）减少，通过海冰-温度正反馈机制，最终促进了冬季北极放大速率的减缓。
图4 1979—2023年冬季地表温度变化速率（A）、北极海冰融化速率（B），以及AMOC环流和北极放大速率（C）
总结与展望
研究结果表明，北半球中高纬度地区的变暖特征发生了显著变化，尤其是不均匀变暖的趋势。这一变化可能会对该地区的野火天气及北极生态系统的碳平衡产生深远影响。然而，考虑到大气持续变暖的趋势，北极海冰可能接近一个临界点，导致海冰再次快速融化，从而加速北极地区的变暖速度。未来应更加关注北极放大效应的变化。
责任编辑
张 义 中国科学院水生生物研究所
王 权 西北农林科技大学
本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Geoscience第3卷第2期以Article发表的“Slowdown of wintertime Arctic amplification since 2012” (投稿: 2024-10-25；接收: 2025-03-04；在线刊出: 2025-03-13)。
DOI:10.59717/j.xinn-geo.2024.100130
引用格式：Luo N., Li J., Xiao C., et al. (2025). Slowdown of wintertime Arctic amplification since 2012. The Innovation Geoscience 3:100130.
作者简介
丁瑞强，北京师范大学教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。2001年兰州大学大气科学系本科毕业，2007年中国科学院大气物理研究所博士毕业。现担任国际气候学委员会（ICCL）委员、国际理论物理中心协联成员（Regular Associate of the ICTP)、国际气象和大气科学协会（IAMAS）中国委员会委员。曾荣获首届Early Career Scientist Awards of IUGG、中国科学院卢嘉锡青年人才奖等奖励。主要从事可预报性、集合预报以及海气相互作用等方面的研究，在可预报性与集合预报新方法及其应用方面取得了系统性创新成果，提出的非线性局部Lyapunov 指数（NLLE）方法，被国内外学者广泛应用于可预报性、非线性动力学和集合预报等领域的研究。发表SCI论文90余篇，其中第一/通讯作者SCI论文60余篇，主持国家杰出青年基金、国家重点研发计划课题、国家基金委面上基金等项目。
Web: https://geot.bnu.edu.cn/Public/htm/news/5/1028.html
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