1 引言

海冰作为气候系统的重要组成部分, 其变化通过改变反照率而强烈影响海洋表面对太阳辐射能量的有效吸收, 海冰的存在阻隔或隔绝了海-气的热量、动量和水汽交换, 同时, 由于海冰变化与海洋的淡水循环、海洋的表层浮力以及海洋的层结均有密切的关系，进而可能影响海洋深水循环，以及气候的长期变化趋势。从2011/2012和2015/2016年冬季大气环流异常为研究的切入点，探讨北极海冰偏少以及夏季北极大气环流在这两个冬季大气环流异常中的作用。当前，国际上针对北极变暖(包括北极海冰减少)是否对中、低纬度天气气候产生影响，有不同观点。本研究对于理解冬季东亚大气环流异常的原因，特别是北极海冰异常所起的作用，以及澄清研究中一些模糊概念，将有重要的科学参考意义，并对改善东亚冬季气候趋势的预测有现实意义。

一系列研究揭示了在北大西洋和北冰洋区域，海冰异常对大气环流的负反馈机制(Royer et al, 1990; Murray et al, 1995; Parkinson et al, 2001; Alexander et al, 2004; Deser et al, 2004; Magnusdottir et al, 2004)。北极海冰偏少将导致中纬度地区西风风速的减弱和风暴活动的增强，以及副热带西风的增强，反之亦然(Royer et al, 1990；Murray et al, 1995；Wu et al, 2011；Francis et al, 2012, 2015)。Alexander等(2004)对比了模拟的大气环流对北极海冰异常的响应和观测的大气环流异常，发现观测到的异常几乎与模拟的大气环流异常相反。这表明，在北大西洋区域，北极海冰与大气环流的相互作用是减弱原本的大气环流异常，Magnusdottir等(2004)和Deser等(2004)的模拟研究也支持这一结论，这就是海冰密集度与北大西洋区域大气环流响应的负反馈机制。其次，平流层和对流层相互作用，也是北极海冰异常偏少影响大气环流的可能途径之一。当初冬巴伦支海-喀拉海海冰偏少时，可以激发出大气行星波从对流层向平流层传播。当波传播到平流层时，发生波破碎，进而影响平流层极涡强度，导致平流层极涡减弱。在冬季的中、后期，减弱的平流层极涡下传到对流层，引起对流层大气环流出现类似北极涛动负位相的异常，进而影响中纬度天气气候(Jaiser et al, 2013; Cohen et al, 2014; Kim et al, 2014; Nakamura et al, 2015)。

近年来，9月北极海冰范围频繁出现新低，而后期冬季，东亚地区频繁经历严冬的侵袭(如2007/2008、2009/2010、2010/2011、2011/2012、2012/2013年)。诸多研究表明，秋、冬季北极海冰异常偏少，则欧亚大陆容易出现冷冬(Wu，et al, 1999, 2011; Honda et al, 2009; Petoukhov et al, 2010; Wu et al, 2010; Inoue，et al, 2012)。Wu等(1999)指出，冬季巴伦支海-喀拉海是影响冬季气候变化的关键海域，冬季该海域海冰变化与500 hPa欧亚大陆遥相关型有密切的联系，冬季该海域海冰异常偏多(少)，则东亚大槽偏弱(强)，冬季西伯利亚高压偏弱(强)，东亚冬季风偏弱(强)，入侵中国的冷空气偏少(多)。这一结论得到近期研究结果的支持(Petoukhov et al, 2010; Inoue et al, 2012)，Petoukhov等(2010)通过数值模拟试验指出，冬季巴伦支海-喀拉海海冰密集度减少，将导致欧亚大陆出现冷冬，并且，大气环流对该海域海冰强迫的响应呈现非线性特征。通过资料分析，Inoue等(2012)指出，冬季巴伦支海海冰偏少，该海域和欧亚大陆北部边缘海域反气旋活动盛行，导致欧亚大陆北部气压升高。

Francis等(2009)研究指出，9月海冰范围与冬季大尺度大气环流异常有关。Honda等(2009)进一步指出，远东地区早冬的显著冷异常和晚冬从欧洲至远东地区纬向分布的冷异常，均与前期9月北极海冰减少有关，后者能够加强西伯利亚高压。通过滞后最大协方差分析，Wu等(2010)发现，夏、秋季节北极海冰偏少与后期冬季类似北极涛动负位相的大气环流异常有显著的统计关系。Wu等(2011)发现，秋、冬季北极关键海域(巴伦支海-喀拉海-拉普捷夫海以及这些海域的北部相邻海域)海冰密集度持续异常偏少，同时，在副北极和北大西洋海域海温异常偏高，则后期冬季西伯利亚高压偏强，东亚地区冬季气温偏低。该研究指出，9月该关键海域平均海冰密集度可以作为预测东亚冬季气温的前兆信号(实际预测是利用8月该海域平均海冰密集度，预测冬季东亚区域的气温变化趋势)。

近20年来，欧亚大陆北部冬季表面气温呈现降低的趋势。这显然与全球变暖趋势不一致(Cohen et al, 2012; Wu，et al, 2011)，但与冬季西伯利亚高压的增强趋势是吻合的。近期的研究结果表明，秋季北极海冰的减少，以及北冰洋和北大西洋海温的升高, 可能是造成欧亚大陆北部冬季气温呈现下降趋势的主要原因(Wu et al, 2011, 2013)。在这一气候背景下，秋、冬季节北极海冰的极端偏少导致近年来欧亚大陆冬季冷冬频繁出现。

秋季北极海冰异常偏少可能加剧了后期东亚地区极端天气气候灾害的发生。如2005、2007、2008、2010、2011、2012、2015年9月北极海冰范围极端偏低(自1978年以来最低值从小到大顺序为2012、2007、2011、2015、2008、2010、2009和2005年)(9月北极海冰范围数据取自美国雪冰中心)，后期2005年12月日本发生了极端降雪事件；2008年初，中国南方出现了历史上罕见的雨雪冰冻灾害；2008年12月至2009年初，中国经历了严重的旱灾；2010年秋、冬季节，华北大部分地区、黄淮及江淮北部降水量普遍较常年同期偏少，冬小麦受旱面积超过6.67×10⁶ hm²，导致几十万人畜饮水困难。研究表明，导致中国此次极端干旱的直接原因是西伯利亚高压极端偏强。2010年12月—2011年1月西伯利亚高压平均强度接近1034 hPa，是近30年来的第2高值。秋、冬季节北大西洋海温持续偏高，以及北极海冰持续偏少(2011年1月北极海冰范围是自1979年有卫星观测记录以来最小的一年)可能是导致冬季西伯利亚高压极端偏强的主要原因(Wu et al, 1999, 2011)。2012年1月17日—2月1日，亚洲大陆经历了罕见的严寒过程，此后，冷空气向西席卷欧亚大陆。据媒体报道，这次持续的严寒过程导致欧亚大陆超过700人被冻死。2012年12月中下旬，俄罗斯遭遇自1938年以来最强寒流，西伯利亚地区气温降至-50℃，12月24日莫斯科气温低至-25℃，俄罗斯至少有88人被冻死、1200多人被冻伤。同期，中国东北、华北平均气温为近27年同期最低。尽管2013/2014、2014/2015年连续两个冬季中国平均气温明显偏高，尤其是中国北方地区气温偏高尤为突出。但是，这两个冬季北美地区却经历了罕见的强降雪和严寒天气过程。特别是2013/2014年冬季，北美多地气温降至-35℃，位于美国与加拿大边境的五大湖几乎完全被冻住，这是过去35年来首次出现这种现象(Van Oldenborgh et al, 2015)。2016年1月20—25日，受北极大气环流变化的影响，中国自北向南陆续出现大风降温天气。22—25日，中国出现了一次大范围的寒潮过程。据中国国家气候中心数据显示，1月20—25日，全中国共529个气象站过程降温超过12℃，49个气象站发生极端日降温事件，8个气象站日降温幅度突破历史极值；有690个气象站发生极端低温事件，其中67个县(市)日最低气温突破历史极值。这次强寒潮过程还对日本西部地区造成影响，导致冲绳出现有观测以来的首次降雪。因此，北极海冰融化有可能是导致近年来中国冬、春季天气气候灾害频繁发生的主要原因之一。

由于全球变暖导致北极海冰融化和北极“增幅”作用，而北极变暖的直接效果就是大气的厚度场增大，从而有利于类似北极涛动负位相的大气环流异常频繁出现。美国学者Francis等(2012)指出，北极“增幅”将有利于大气波动传播的异常(传播速度变慢，环流的经向性增大)，使得北半球某些区域容易出现阻塞型环流异常，因而，有利于极端天气事件的发生。需要指出的是，Francis等(2012)主要关注北大西洋和北美地区。但是，同样关注冬季北大西洋和北美地区大气环流异常的Barnes(2013)并没有发现阻塞环流呈现任何显著的趋势。这两个代表性研究清楚地表明，不能简单地将中纬度地区的极端天气事件与北极变暖直接联系起来。从动力学角度出发，Wu等(2013)揭示了冬季欧亚大陆中、高纬度(40°—70°N)地区逐日风场变率的最优天气型，该天气型包含两个不同子型(偶极子型和三极子型)。研究发现，只有三极子型的年际变化(包括强度和极端负位相的发生频次)与前期秋季北极海冰变化有密切的关系，海冰减少的数值模拟试验也支持这一结论。在该研究中，极端负位相的定义为标准化的三极型强度小于-1.28，对应其发生概率小于10%(属于极端天气事件)。从这一点看，北极海冰融化与冬季欧亚大陆盛行天气型的极端事件有联系。尽管通过回归分析，Tang等(2013, 2014)将冬、夏季的极端天气事件(极端冷事件和夏季高温热浪)与北极海冰的融化联系起来，但是北极海冰融化如何影响中纬度地区的天气过程(特别是低频变化过程)，包括极端天气事件，是备受关注的焦点问题之一，也是当前国际研究的热点和前沿问题。目前，这方面的研究工作还很有限，而且学术界还存在很大的争论，因此，亟需开展深入细致的研究。

本研究旨在探讨2011/2012和2015/2016年冬季大气环流异常的主要特征及其可能的原因。这两个冬季的共同点是冬季西伯利亚高压异常偏强，前期9月北极海冰范围异常偏小(分别为4.61×10⁶和4.63×10⁶ km²，分列为有观测记录以来海冰范围偏小的第3、4位)。此外，这两个冬季均发生了阶段性极端严寒过程。然而，这两个冬季却对应截然不同的热带太平洋海温背景：2011年秋、冬季热带太平洋海温表现为弱的拉尼娜状态；而2015年秋、冬季发生了强厄尔尼诺事件。本研究拟解决的关键科学问题是，夏季北极大气环流是否影响北极海冰偏少对亚洲冬季大气环流的反馈效果。本研究结果清楚地表明，北极海冰异常偏少，以及前期夏季北极大气环流异常对于冬季西伯利亚高压的加强有重要贡献。

2 资料和方法

利用美国NCEP/NCAR 1979—2016年2月月平均再分析资料(再分析资料I)，包括海平面气压、500 hPa位势高度、表面气温及1000 hPa位势高度和经向风分量(http://iridl.ldeo.columbia.edu/SOURCES/.NOAA/.NCEP-NCAR/.CDAS-1/.MONTHLY/)。1°×1°北极海冰月密集度资料(1961—2016年2月)取自英国大气数据中心(BADC，http://badc.nerc.ac.uk/data/hadisst/)。此外，还用到2011年夏季(6—8月)ERA-Interim逐日1°×1°再分析资料，垂直方向有37层(1000—1 hPa)(http://www.ecmwf.int/en/research/climate-reanalysis/era-interim)。

以2011年8月—2012年3月观测的月北极海冰密集度作为外强迫，利用ECHAM5大气环流模式(T63谱分辨率，在垂直方向上有19层，有关该大气环流模式的具体信息，参见Roeckner等(2003))，模拟研究在相同北极海冰密集度强迫下，不同大气初值对模拟结果的影响。全球海温和南极海冰密集度均取气候值。模式中的海温和海冰密集度分别通过对观测资料的空间插值计算得到，关于海温和海冰密集度的具体信息，参见大气模式比较计划(AMIP)Ⅱ(http://www-pcmdi.llnl.gov/projects/amip/AMIP2EXPDSN/BCS/bcsintro.php)。

2011年夏季(6—8月，共计92天)模式大气不同初值是通过对EAR-Interim 2011年6—8月逐日再分析资料的空间插值计算得到，变量包括表面气压、气温、散度、涡度及比湿。对于每一个大气初值场，模式从8月积分至次年3月，这样共有92次不同初值的海冰强迫模拟试验。该组试验称为反气旋大气初始条件试验(简称反气旋模拟试验)。

还进行了控制模拟试验，全球海温和南、北极海冰密集度外强迫均取气候值，连续积分60年。为对比模式不同初值对模拟结果的影响，还进行了另外一组模拟试验：即以1978—2012年观测的北极海冰密集度为外强迫，进行40个不同初值的模拟试验(不同大气初值取自模式控制试验)，每个模拟试验连续积分35年，文中只分析2011/2012年冬季的模拟结果，以确保相同的北极海冰强迫。该组试验简称为不同初值模拟试验。

文中，冬季是指12月至次年2月，计算40°—60°N，80°—120°E范围内网格点海平面气压的算术平均值作为西伯利亚高压强度指数；取20°—50°N，117.5°—122.5°E范围内1000 hPa经向风的算术平均值作为东亚冬季风强度指数。

3 2015/2016和2011/2012年两个冬季大气环流异常的主要特征

2015/2016年冬季突出特点是，东亚大气环流似乎表现出了不匹配关系。冬季平均西伯利亚高压强度为1031.73 hPa(标准偏差为1.27 hPa，计算时段为1979/1980—2015/2016年冬季)，强度居1979年以来的第5位，前4位分别是2011/2012(1033.48 hPa)、2005/2006(1032.74 hPa), 1983/1984(1032.15 hPa)和2004/2005年冬季(1031.94 hPa)(图 1a)。尽管西伯利亚高压异常偏强，但是冬季风强度指数反而偏弱(图 1b)。冬季风偏弱与中国平均气温偏高0.3℃(引自中国国家气候中心)是一致的。

在500 hPa, 从俄罗斯远东地区跨越北太平洋到北美西海岸为高度场负异常，其负异常中心位于阿留申东南侧，此外，在中国中、东部有弱的高度场负异常区域(图 2a)。在北冰洋、亚洲大陆大部分区域，以及北太平洋大部分区域为高度场正异常，其中，最大正异常中心出现在巴伦支海与贝加尔湖之间，强度超过100 gpm。在日本以东的西北太平洋也存在正异常中心(＞60 gpm)，意味着东亚大槽偏弱。海平面气压正异常从北冰洋向南伸展，占据亚洲大陆大部分区域，在西北太平洋有明显的正异常中心。同时，在北太平洋北部海平面气压异常偏低，表明阿留申低压加强(图 2b)。因此，在西北太平洋和阿留申区域，大气环流异常体现了强厄尔尼诺事件的影响。但是，基于已有的研究结果，对于亚洲大陆高纬度地区异常阻塞型环流异常，以及加强的西伯利亚高压，很难归因于强厄尔尼诺事件的直接影响。而减弱的东亚冬季风主要是由于强厄尔尼诺事件影响所致。2015/2016年冬季表面气温异常清楚地表明，北极和亚洲大陆北部出现大范围偏暖区域，而在贝加尔湖以南的亚洲大陆东部大部分区域是气温负异常，反映了冬季强西伯利亚高压的影响(图 2c)。

2011/2012年冬季大气环流异常的空间分布与2015/2016年冬季有相似之处，即亚洲大陆高纬度地区的阻塞型环流异常和加强的西伯利亚高压。在500 hPa, 高度场正异常主要位于亚洲大陆北部和北冰洋的西伯利亚边缘海域(中心强度＞100 gpm)，在这一点上，与2015/2016年冬季非常相似。该正异常区域完全被高度场负异常所包围，东亚和北太平洋大部分区域为高度场负异常，因此东亚大槽加深，有利于高纬度冷空气南下(图 2d)。在海平面气压场上，尽管这两个冬季海平面气压正异常占据了亚洲大陆大部分区域，但2011/2012年冬季范围更大、强度更强，并呈现出北极涛动正位相空间分布特征(图 2e)。与2015/2016年冬季相比，2011/2012年冬季北半球高纬度区域表面气温正异常的范围明显偏小，但是，欧亚大陆以及西北太平洋区域的表面气温负异常是2015/2016年冬季无法比拟的(图 2f)。

4 前期秋季北极海冰以及前期夏季北极大气环流异常主要特征

尽管秋、冬季节热带太平洋海温不同，但前期秋季北极海冰异常却呈现相似的空间分布(图 3)。差异主要出现在北冰洋的边缘海域，并且，2015年秋季海冰比2011年略偏多(平均偏多22 km²)。

前期夏季(6—8月)，北极大气环流也呈现出相似的特征(图 4)。在北冰洋及其边缘海域，表面风场呈现出一致性反气旋性环流(图 4a、b)。风场强迫有利于海冰从波弗特海向北极东部海域输送，即向暖水海域输送，有利于海冰的融化。而在北大西洋一侧，风场强迫导致有更多的海冰流入到格陵兰海和巴伦支海海域。因此，夏季表面反气旋风场强迫是导致9月北极海冰范围偏小的主要原因之一(Wu et al, 2012, 2016)。

这两个夏季的共同特征是，正的海平面气压异常覆盖了大部分北冰洋、整个格陵兰和北大西洋西北部，在北冰洋中部和格陵兰出现两个独立的正异常中心(图 4c、d)。在北冰洋的太平洋一侧，201年夏季海平面气压梯度明显大于2015年夏季，对应更强的表面风场(图 4b)。500—1000 hPa厚度异常可以反映对流层中、低层的热力状况，2011年夏季北极大部分区域、北美大陆以及亚洲大陆大部分区域为厚度场正异常，最大正异常(＞50 gpm)中心出现在北冰洋上(图 4f)。类似的厚度场异常空间分布也出现在2015年夏季(图 4e)，但位于北冰洋上空的正异常中心明显偏弱。图 4中所显示的夏季北极大气环流异常不仅对秋季海冰减少有贡献，而且加强了海冰偏少对冬季大气变率的负反馈。

5 夏季北极大气环流异常影响北极海冰对冬季大气环流变率的反馈

近年来的诸多研究(Screen et al, 2013a, 2013b; Screen et al, 2014; Perlwitz et al, 2015; Overland et al, 2015; Wu et al, 2015)表明，北极海冰偏少将导致欧亚大陆冷冬变得更为频繁，同时，北极海冰偏少的影响效果也呈现出很大的不确定性。Wu等(2015)研究发现，北极海冰偏少既可以导致西伯利亚高压增强，进而加强冬季风，也可以导致东亚冬季风偏弱。但这并不意味着北极海冰偏少对冬季大气环流的负反馈作用失效。北极海冰偏少通常导致在欧亚大陆中、北部，特别是在乌拉尔山附近区域，冬季容易形成阻塞型环流异常。当阻塞型环流异常越强、形成位置越偏南时，西伯利亚高压越强，欧亚大陆将盛行经向型环流异常(图 2d—f，以及Wu等(2015)中的图 2)。反之，当阻塞型环流异常很弱，或者异常中心位置收缩到北冰洋时，欧亚大陆将盛行纬向型环流异常(或对应北极-亚洲遥相关型的负位相)，此时，西伯利亚高压正常或偏弱。2012年9月北极海冰范围是自有卫星观测记录以来的最小值。但是，2012/2013年冬季西伯利亚高压强度接近正常值。图 5显示的是2012/2013年冬季500 hPa高度和海平面气压异常的空间分布。尽管该冬季在乌拉尔附近以西区域，存在正的高度异常，但强度明显偏弱，其最大正异常(＞100 gpm)中心位于格陵兰和巴伦支海之间(图 5a)。正的海平面气压异常主要出现在欧亚大陆北部和北极区域(图 5b)。因此，该冬季欧亚大陆盛行纬向型环流异常，西伯利亚高压强度接近多年平均值。一方面，北极海冰异常的空间分布、异常的振幅，及其与大气环流的相互作用过程，可能影响冬季大气环流响应的强度和空间分布。另一方面，大气“初值”也对大气环流的响应起重要的调节作用。本小节主要介绍在北极海冰偏少的背景下，夏季北极大气环流的不同将影响冬季大气环流的响应。

与控制试验相比，反气旋模拟试验导致欧亚大陆中、北部地区，以及北极部分区域冬季海平面气压显著升高(即西伯利亚高压加强)，并在60°E附近出现正异常中心(图 6a)。此外，显著的正海平面气压异常也出现在北太平洋的中、低纬度海域。与欧亚大陆的正异常相反，显著的海平面气压负异常从北太平洋向东南方向延伸到北大西洋。由于北极海冰减少，高纬度区域显著变暖，但在亚洲大陆中、高纬度区域以及西北太平洋部分海域，呈现显著的降温。此外，在北美洲中、低纬度区域也存在显著降温区域(图 6b)。因此，2011年秋季北极海冰异常偏少是导致冬季西伯利亚高压加强的主要原因。

在相同的北极海冰强迫下，模式大气不同初值模拟试验产生非常相似的结果(图 6c、d), 但是，海平面气压异常的振幅，以及北极表面气温的升高幅度明显要弱于反气旋模拟试验，反映了模式大气不同初值对结果的影响。与不同初值模拟试验相比，反气旋模拟试验明显增强了冬季欧亚大陆的海平面气压，并减弱了北冰洋和北美大陆的海平面气压(图 6e)，加强了北极和北美大陆的冬季变暖，进一步降低了欧亚大陆和西北太平洋区域的表面气温(图 6f)。

模拟的冬季西伯利亚高压强度的概率分布曲线(图 7)显示，与不同初值模拟试验相比，反气旋模拟试验模拟的冬季西伯利亚高压强度系统性地移向偏强一侧。这表明，当夏季北极大气环流的动力和热力状态更有利于北极海冰减少时，这些大气初值将加强北极海冰偏少对冬季亚洲大气环流变率的负反馈，更有利于产生极端严寒天气过程, 进一步支持了已有的研究结果(Wu et al, 2016)。

6 关于北极变暖、北极海冰融化对中纬度区域影响的争论以及思考

Francis等(2012)指出，北极变暖将有利于大气波动传播速度变慢，环流的经向性增大，使得北半球某些区域容易出现阻塞型环流异常，因而，有利于极端天气事件的发生。按照这一观点，北半球的阻塞型环流异常在某些区域应该有明显的增加趋势，但是，Barnes(2013)的分析结果表明，阻塞型环流没有呈现任何显著的上升趋势。这一分析结果导致北极变暖可以影响中纬度急流，进而影响中纬度地区的极端天气事件备受质疑。Francis和Barnes分别代表了截然不同的两种观点，其争论已不仅仅局限于对中纬度急流和极端天气的影响，也扩展到究竟是北极变暖(或北极海冰减少)影响重要，还是中、低纬度对北极的影响更为重要。

Barnes等(2015)认为，北极变暖是否对中、低纬度天气有影响尚无定论，尽管数值模拟试验结果支持北极变暖可以显著地影响中纬度大气环流，但是，这并非意味着北极变暖已经影响或将要影响中纬度大气环流。持这种观点的主要依据是，中、高纬度区域大气内部变率远大于北极变暖的影响，多数模拟试验结果显示，模式对北极海冰融化的响应振幅明显偏小。此外，目前可用的观测记录太少，尚不足以用来研究北极变暖的确切影响。他们更倾向于中、低纬度大气环流影响了北极变暖。目前，还有一些学者认为，评估近期北极变化对现在和未来天气气候的影响的可能性将是困难的，甚至是颇具争议的话题(Jung et al, 2015)。对此问题的描述、研究方法，以及影响机制方面在学术界尚少有一致性，更有甚者，利用相同的资料，却得出不同的结论。

事实上，这里有几个问题需要明确，其一是，北极变暖是北极气候长期变化趋势，而非逐年变率。因此，北极变暖的影响是指变暖趋势的影响，与本研究讨论的特定年份北极海冰异常对北半球中纬度地区的影响是截然不同的。从长期趋势上看，北极变暖与北极海冰融化有密切关系，但是，对于特定的冬季(如2015/2016年冬季)，冬季北极表面气温的正异常与北极海冰异常减少并不存在对应关系(图 2、3)。

其二是，对于北极海冰融化模拟试验，模拟的集成平均大气环流响应振幅明显偏小问题(与观测相比)。一方面，这很可能与指定月的北极海冰密集度作为外强迫有关，如果用观测的逐日海冰密集度将加大响应振幅。另一方面，与模式大气内部变率有关，为增加强迫试验结果的稳定性和可信性，必须增加海冰强迫试验的次数，但不能否认，模式的集成平均样本数也影响响应振幅。大气环流异常是多种因素共同作用的结果，北极和次北极海表温度与北极海冰密集度是协同变化的，在模式中同时考虑海冰和海表温度的影响，将大幅度地提高模式大气的响应振幅。

其三是，北极海冰融化影响的不确定问题。由于大气环流内部的复杂性及其与不同下垫面的相互作用，就决定了亚洲大气环流异常与特定下垫面异常之间不存在一一对应关系。但是，这并不意味着北极海冰偏少影响大气环流的机制发生了改变，也不意味着海冰强迫变得不重要。北极海冰的影响效果不仅取决于海冰密集度异常的空间分布以及异常振幅的大小，还与大气环流自身的动力和热力状态有密切的关系。这些因素决定了大气环流响应的位置和振幅强弱。另外，如果解决了大气响应的准确位置和强度，天气气候预测的准确性将得到大幅度地提高。

与中、低纬度海温以及大气环流异常的影响相比，在高纬度地区海冰、海温以及大气环流异常的影响方面，研究精力投入相对偏少，致使对高纬度地区多圈层相互作用及其影响的认知还存在片面性，这将直接影响到业务预测能力和为社会服务的水平。

7 结论

通过资料分析和数值模拟试验，揭示了导致2011/2012和2015/2016年冬季西伯利亚高压异常偏强的主要原因。结果表明，尽管这两个冬季热带太平洋海温背景是截然不同的弱拉尼娜和强厄尔尼诺状态，但是这两个冬季西伯利亚高压却异常偏强。除秋季北极海冰异常偏少的影响外，前期夏季极为相似的北极大气环流，特别是北冰洋表面反气旋风场，以及其上空对流层中、低层平均温度偏高，加强了北极海冰偏少对冬季大气环流变率的负反馈，对西伯利亚高压的加强起促进作用。数值模拟试验表明，在相同的北极海冰偏少条件下，夏季北冰洋表面反气旋风场及其上空对流层中、低层平均气温偏高，使得模拟的冬季西伯利亚高压强度的概率分布曲线系统地移向偏强一侧，从而增大了冬季亚洲大陆出现阶段性极端严寒过程的风险。发生在2012年1月17日—2月1日以及2016年1月20—25日东亚强寒潮过程，进一步佐证了这一推断。

本研究结果意味着，夏季北极大气环流在北极海冰偏少影响冬季大气环流变率中起重要调节作用，当夏季北极表面反气旋风场盛行，对应对流层中、低层异常偏暖时，不仅对夏、秋季节北极海冰减少有重要贡献，而且加强了北极海冰偏少对冬季大气环流变率的负反馈，对于预测东亚冬季气候变化趋势，以及极端低温天气过程有重要参考意义。2015/2016年冬季东亚气候异常清楚地表明，尽管强厄尔尼诺事件对全球天气气候有重要影响，但是，它并不能掩盖来自北极海冰和北极大气环流对亚洲天气气候的影响。

致谢: 感谢NCEP/NCAR以及欧洲中心提供再分析资料，感谢英国哈得来中心提供北极海冰密集度资料。感谢苏京志博士提供ECHAM5大气环流模式的控制模拟试验。