南极海冰在全球气候变化中扮演着重要角色,是预测未来气候变化的重要因子。在年际时间尺度上,El Niño是影响南极海冰的重要因子之一。El Niño可分为东部型(EP)和中部型(CP)两类,EP-El Niño通常伴随着较强的正位相的印度洋偶极子(IOD)发生,而在CP-El Niño期间,不发生或仅发生较弱的IOD现象(图1a和图1e)。El Niño和IOD均可激发向南极传播的罗斯贝波波列,说明二者可能协同影响南极海冰的分布。李双林教授团队与夏威夷大学李天明教授团队基于观测和再分析数据并结合大气环流模式的诊断分析探讨了不同类型El Niño和IOD对南极海冰的协同影响及其物理机制。
图1. 南半球春季(9-11月)海表温度异常(SSTA)(a和e)、10米异常风场(c和g)和南极海冰密集度(SIC)异常(d和h)在EP- El Niño和CP-El Niño期间的合成图,(b)和(f)为波活动作用通量。
两类El Niño对南极春季海冰的影响最显著且存在显著差异(图1d和1h)。在EP事件期间,赤道中东太平洋暖海温异常和赤道东印度洋冷海温异常各激发一支向西南极传播的罗斯贝波列,导致阿蒙森海-别林斯高晋海出现显著的位势高度正异常,使得阿蒙森低压减弱而形成反气旋性环流异常(图1b-1c)。该反气旋性环流异常西(东)侧的北(南)风异常可将海冰向南(北)输送,导致罗斯海东部-阿蒙森海(别林斯高晋海-威德尔海)海冰减少(增多)。此外,这些北(南)风异常也可将低纬度的暖海水和暖湿空气(南极的干冷空气)向南(北)输送,一方面,直接导致罗斯海东部-阿蒙森海(别林斯高晋海-威德尔海)海表面温度升高(降低);另一方面,也可通过增强局地海洋吸收(释放)感热、潜热和净短波辐射的方式,使得海表面温度升高(降低),从而导致海冰减少(增多)。而在CP事件期间,仅存在一支由赤道中太平洋暖海温异常激发的罗斯贝波列,且该波列较弱、位置偏西,因而产生的反气旋性环流异常较弱、位置偏西20个经度(图1f-1g)。该反气旋性环流异常东侧的南风异常与EP事件期间的南风异常有着相同的作用,但由于其位置偏西,因而海冰正异常出现在别林斯高晋海。
为了验证上述南极-热带遥相关关系,本研究还选用了一款由夏威夷大学太平洋国际研究中心开发的大气环流模式(Princeton AGCM)进行热源强迫试验。模式结果表明:在EP事件期间,赤道中东太平洋暖海温和赤道东印度洋冷海温对西南极海冰呈偶极型分布均有重要贡献,但前者发挥了主导作用;而在CP事件期间,赤道中太平洋暖海温是导致别林斯高晋海海冰增多的主要原因。
该研究成果已在线发表在Journal of Climate上,文章链接:https://doi.org/10.1175/JCLI-D-21-0002.1。论文引用:Zhang Chao, Li Tim and Li Shuanglin. 2021. Impacts of CP- and EP-El Niño events on the Antarctic sea ice in austral spring. J. Climate, 1-76. doi: 10.1175/jcli-d-21-0002.1.