近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）王鑫研究员团队在北极气候变化研究中取得重要进展。首次揭示了厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）对白令海冬季海冰的控制机制在20世纪90年代中期发生根本性转变，其中北太平洋经向模态（NPMM）的关键桥梁作用显著增强。该研究成果以“ENSO’s Changing Grip on Bering Sea Ice: The Emerging Control of the North Pacific Meridional Mode”为题，发表在国际知名学术期刊Science Advances上。LTO副研究员陈洁鹏为论文第一作者，研究员王鑫和工程师陈昇为共同通讯作者，合作者还包括研究员王春在、研究员张磊、副研究员何卓琪，加州大学尔湾分校教授Jin-Yi Yu和中山大学教授刘骥平。

白令海冬季海冰作为区域气候系统的重要调节器，其年际变化长期被认为主要受ENSO调控。传统观点认为ENSO通过影响阿留申低压的强度与位置，改变白令海区域的风场和热通量，最终影响海冰范围，且这一关系被认为相对稳定。然而，本研究通过综合分析观测资析和数值模拟试验，发现该“遥控”机制在20世纪90年代中期发生明显转折。

研究显示，在20世纪90年代中期之前，东太平洋型ENSO主导了与白令海海冰之间的正相关关系；此后，随着中太平洋型ENSO事件频率增加，两者关系逆转为负相关，这一转变的核心机制在于中太平洋型ENSO与NPMM之间的耦合显著增强（图1）。当两者协同作用时，会激发一支向极地传播的罗斯贝波列，如同架设了一座从热带经副热带延伸至白令海的“大气桥梁”。该波列在白令海区域引发异常偏南风，一方面阻碍北极浮冰向南输送，另一方面促进低纬度暖湿空气北上，共同导致海冰范围减少（图2）。

值得注意的是，NPMM变率的增强及其与中太平洋型ENSO耦合的稳固化，是这一遥相关路径影响力放大的关键。自20世纪90年代以来，在多尺度气候动力学过程（如大西洋多年代际振荡、热带辐合带位移等）协同作用下，NPMM变率显著增大，成为更有效的“信号放大器”，将热带中太平洋海温异常信号更强劲地传递至副极地地区。量化分析表明，与NPMM单独作用相比，其与中太平洋型ENSO的耦合使后者对白令海海冰变率的解释贡献提升了38.9%。

这一发现对未来的气候预测具有重要意义。在全球变暖背景下，气候模型预测中太平洋型ENSO事件将更频繁发生，其与NPMM的关联可能进一步加强。这意味着，本研究揭示的“副热带-副极地”遥相关路径对未来白令海乃至更广泛的太平洋-北极区域海冰变化的控制力将持续上升。因此，改进气候模式对ENSO多样性、NPMM动力学及其耦合效应的刻画，将成为准确预估北极海冰及其气候与环境效应的关键。

该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广州市科技计划项目和中国科学院青年创新促进会等共同资助。

图1 白令海冬季海冰密集度（SIC）年际变率及其与ENSO的21年滑动相关关系（1979–2022）。橙色虚线：1–3月（JFM₁）白令海SIC的21年滑动标准差（表征变率强度）；黑色实线：前一年夏季（JJA₀）Niño3.4指数与JFM₁白令海SIC的滑动相关系数；蓝色（红色）实线：剔除Niño4（Niño3）影响后，JJA₀ Niño3（Niño4）指数与JFM₁白令海SIC的偏相关系数。

图2 NPMM调制下中太平洋型ENSO对白令海冬季海冰影响的机制转变示意图。(A)1978-1994年：赤道中太平洋暖海温异常激发类PNA型的大气遥相关波列，在对流层高层于北美北部形成显著高压异常，而低层反气旋较弱。此环流结构不利于暖空气向北输送和海冰南向输运，白令海海冰变化不显著。(B)1995-2021年：中太平洋型厄尔尼诺与正位相NPMM耦合，增强并西移了向极传播的罗斯贝波列。北美西北部及至白令海上空高压异常增强。白令海东部低层反气旋引发持续南风异常，一方面阻碍海冰南输，一方面促进暖湿空气北进，共同造成白令海海冰显著减少。

相关论文信息：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.

原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.ady2329