JGR Atmospheres: 南大洋气旋强度偶极分布或导致阿蒙森–别林斯高晋海海冰范围偏低

  2138CC太阳集团/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）杨清华教授团队利用客观识别的1980–2023年南大洋气旋轨迹资料、美国国家雪冰数据中心（NSIDC）海冰观测资料以及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料，通过个例与合成分析、经验正交函数（EOF）分析和指标定义，系统揭示了阿蒙森–别林斯高晋海（Amundsen–Bellingshausen Seas，ABS）气旋强度偶极子分布与海冰范围极值（简称海冰极值）事件之间的联系。研究表明，ABS海区海冰极值不仅受气旋增强的影响，还与强气旋在阿蒙森海和别林斯高晋海之间的空间分布密切相关。相关成果发表于Journal of Geophysical Research - Atmospheres。

  近年来，南极海冰范围（SIE）多次跌破历史低值，海冰极值的形成机制受到学界广泛关注。ABS海区是南极SIE变化最显著的区域之一，自1980年来其SIE持续减少。同时，该海区也是南半球强气旋活动最频繁的区域之一。已有研究表明，气旋可通过调节近地面风场、热量和水汽输送影响海冰变化，进而驱动南北极海冰极值形成。但针对ABS海区，气旋活动影响海冰极值的具体作用机制和空间差异，仍缺少系统深入探究。

  研究团队发现，气旋强度及其伴随的水汽和气温变化与SIE日波动率（SIEF）密切相关，其中气旋在超前1天时对SIEF的影响最为明显（图1 a–b）。对比海冰极值年份的气旋活动特征表明，在低值年份，阿蒙森海气旋更强且移速更慢，别林斯高晋海气旋较弱但移动更快；而在高值年份，这种空间配置大致相反（图1 c–f）。从空间分布上看，不同海冰极值年份对应着不同的气旋强度东西向偶极型分布。

  这一偶极型分布与异常大气环流密切相关：当强气旋更多出现在阿蒙森海时，区域内形成更强的向极热量和水汽输送，并伴随风场驱动的海冰向岸输送，减少SIE。当强气旋偏向别林斯高晋海时，相关大气环流和海冰响应则表现出相反特征（图1 g–n）。这些结果表明，气旋强度的偶极型分布可能是诱发ABS海区海冰极值事件的重要因素。

图1 ABS海区海冰极值年份的气旋活动、大气环流与海冰异常。（a）SIE低值年（2010年）和（b）SIE高值年（1980年）1–4月SIE波动率（SIEF）与气旋强度的超前滞后相关。lag = 0处的水平虚线表示同期相关；正滞后表示气旋强度超前SIEF变化，负滞后表示SIEF超前气旋强度。打点区域表示达到99%置信水平。（c–d）气旋强度（填色）和轨迹密度（等值线）；（e–f）气旋移动速度（填色）和轨迹点密度（等值线）；（g–h）海平面气压（MSLP，填色）和10 m风场（矢量）；（i–j）净表面热通量（NHF，填色）和垂直积分北向水汽通量（VIWVN，等值线）；（k–l）温度平流（填色）；（m–n）与气旋相关的海冰密集度异常（填色）和海冰运动（矢量）。NHF负值表示海洋向大气的热量损失。扇形图中第1，3，5列对应年最小SIE中的低值年份（2010年2月），第2，4，6列对应高值年份（1980年3月）。绿色线表示对应月份的海冰边缘线。

  进一步采用EOF分析，研究团队识别出与海冰极值年份相对应的气旋强度第二空间模态（EOF2，图2 a），该模态表现为阿蒙森海与别林斯高晋海之间明显的东西向偶极型分布。根据EOF2所反映的纬向异常分布特征及其对应关键区，研究团队基于原始气旋强度场构建偶极型气旋指数（DCI）用于定量表征ABS海区气旋强度的反相变化。结果显示，DCI与年最小SIE之间存在显著负相关关系（图2 b）。也就是说，当西侧气旋偏强、东侧气旋偏弱时，ABS海区更容易出现较小的SIE；当东侧偏强、西侧偏弱时，则对应较大的SIE。

图2 （a）EOF2。打点区域表示达到95%置信水平。黑色方框分别表示气旋强度的西部关键区（119°W–139°W，55°S–65°S）和东部关键区（50°W–70°W，59°S–69°S），分别对应气旋强度最强和最弱的中心区域。（b）1980–2023年DCI（灰线）与年最小SIE（黑线）的时间序列，其中黑线对应左侧纵轴。图中同时给出了DCI与SIE的相关系数及其p值。年最小SIE时间序列已做线性去趋势处理。

  综上所述，ABS海区海冰极值与强气旋在阿蒙森海和别林斯高晋海之间的空间分布密切相关（图3），气旋强度的偶极型分布通过影响异常大气环流、热量和水汽输送，进而调控SIE变化。

  该研究从天气尺度视角深化了对ABS海区海冰极值形成机制的认识，并为理解该区域海冰异常及其背后的大气驱动过程提供了新的科学依据。

图3 ABS海区气旋强度偶极型分布与SIE关系示意图。图中表示当强气旋分别位于阿蒙森海或别林斯高晋海时，对应的EOF2气旋强度异常偶极型分布，绿色线表示海冰边缘线。

  原文信息:https://doi.org/10.1029/2025JD045779