在全球变暖背景下，北极正经历显著的暖湿化。近几十年来，北极降水持续增加，并呈现由降雪向降雨主导转变的趋势。北极增湿不仅关系到区域水循环变化，也深刻影响海冰减少、海洋淡水收支、生态系统稳定及北极人类活动等多圈层过程。因此，理解北极增湿变化机制，并提高未来北极降水预估的可靠性，对于北极环境管理和气候适应相关决策至关重要。
近日，复旦大学大气与海洋科学系游庆龙教授团队联合中国科学院西北生态环境资源研究院等国内外多家科研机构学者，在北极增湿驱动机制研究方面取得新进展。研究基于观测、再分析资料以及单一模式初始条件大集合模拟结果，揭示除人为强迫外，北半球重要的年代际内部变率模态—大西洋多年代际变率（AMV）位相转变，通过增强北极海冰减少-增湿耦合，成为加速北极增湿的关键驱动因素。
研究表明，1979-2024年北极增湿主要集中在北极大西洋扇区，尤其是巴伦支海-喀拉海区域，海冰减少引起开阔水域扩张和局地蒸发增强，是这一现象的首要直接驱动力。与此同时，仅考虑外强迫难以解释近几十年来观测到的北极海冰减少与增湿幅度，多数模式集合平均仅能解释约69%的海冰减少和75%的增湿变化，对巴伦支海-喀拉海等关键区域的低估尤为明显，说明气候内部变率对北极海冰减少-增湿耦合变化具有重要调制作用 (图 1)。其中，AMV是最关键的年代际内部变率模态。当AMV由负位相转为正位相时，北大西洋及北极大西洋扇区海表异常增暖，加剧了经巴伦支海开口向北极的海洋热输送；同时，北极地区位势高度呈正异常，巴伦支海—喀拉海上空反气旋加剧，区域下沉运动增强，导致向下长波辐射增加，有利于海冰减少。海洋与大气的协同作用进一步增强了北极海冰减少—增湿耦合，使北极增湿加速约31%（25%-43%）（图2）。
进一步评估表明，AMV位相变化在未来将持续影响北极海冰减少-增湿耦合，并可解释不同排放情景下近期北极增湿预估中约12%-20%的不确定性。以SSP3-7.0情景为例，若AMV在未来30年由当前正位相转为负位相，则北极海冰减少和增湿速率相对于仅外部强迫响应将分别减缓约29%和33%。这一结果表明，AMV位相变化不仅是影响近期北极气候变化幅度与区域差异的关键内部因素，也是提高近期北极气候预估可信度的重要约束来源。
在以往研究聚焦局地海冰减少驱动北极增湿的基础上，该研究进一步定量揭示了AMV如何通过影响海洋热输送和大气环流，调制海冰减少-增湿耦合，重塑北极近期水循环变化。研究加深了对北极海冰减少和增湿成因理解，也为改进未来北极增湿与海冰变化预估、提升未来近期气候预估能力提供了重要科学支撑。
图1. 历史时期模拟的北极增湿和海冰密集度（SIC）变化。(A)-(C) 大集合模式模拟和多套再分析资料得到的北极平均降水、蒸发和SIC趋势。红色虚线表示观测/再分析平均值，灰色阴影表示其范围；箱体表示各模式集合成员的四分位范围（25%-75%），箱体延伸出的须线表示全范围（最小值和最大值），星号表示集合平均。(D) 8个大集合模式模拟的北极降水趋势与再分析资料之间的空间差异分布（多模式集合平均减去再分析平均）；斜线区域表示模式和观测/再分析中的线性趋势均在95%置信水平上显著。(E)同(D)但表示蒸发。(F)同(D)但表示SIC。(G) 多模式集合中降水趋势的成员间离散度空间分布。(H)同(G)但表示蒸发。(I)同(G)但表示SIC。为保证观测/再分析与所有模式数据覆盖一致，分析时段统一为1979-2014年。
图2. CESM2大样本中AMV变化与北极海冰-增湿耦合的关系。(A) 观测和模拟的AMV年代际变化。阴影表示50个成员的5%-95%范围，虚线表示最大值和最小值。黑线为3套观测海温数据（HadISST、ERSST V5和Kaplan V2）的平均，深灰色阴影表示观测范围（最小值到最大值）。结果均经过11年滑动平均。成员1表示过去40年AMV由−1个标准差转为+1个标准差、且未来近期由+1个标准差转为−1个标准差的集合成员；成员34则相反，代表两种对比度大的未来AMV演变路径。(B) 1979-2024年AMV正位相变化最强的5个成员与负位相变化最强的5个成员之间的总降水趋势差异。阴影区域表示通过Student’s t检验达到90%置信水平。(C)-(D) 同(B)但分别表示海冰密集度（SIC）和蒸发趋势差异。(E) 1979-2024年50个集合成员中，AMV趋势与北极平均降水趋势的关系。(F)同(E)但表示AMV趋势与北极平均SIC趋势，以及北极平均SIC趋势与北极平均蒸发趋势的关系。(G)同(E)但表示北极平均蒸发趋势与北极平均降水趋势的关系。“**”表示Pearson相关在0.05显著性水平上通过检验。红点（蓝点）表示1979-2024年间AMV由负位相转为正位相（由正位相转为负位相）且其指数趋势在95%置信水平上显著的集合成员；灰点表示AMV位相变化不显著的成员。
2026年3月25日，上述成果以“Role of Atlantic Multidecadal Variability in modulating Arctic sea ice loss and wetting”为题发表在Science旗下期刊《Science Advances》上。复旦大学大气与海洋科学系博士后蔡子怡为论文第一作者，复旦大学大气与海洋科学系游庆龙教授和中国科学院西北生态环境资源研究院康世昌研究员为论文共同通讯作者，复旦大学大气与海洋科学系为第一完成单位。共同作者包括复旦大学张人禾院士、左志燕教授、张若楠副教授、清华大学陈德亮院士、英国埃克赛特大学James A. Screen教授、瑞典查尔姆斯理工大学Hans W. Chen博士、美国大气与环境研究所与麻省理工学院Judah Cohen研究员、俄罗斯科学院院士Sergey K. Gulev研究员、加拿大多伦多大学G. W. K. Moore教授和美国太平洋西北国家实验室Weiming Ma博士。该研究获得国家重点研发计划、中国博士后科学基金以及其他多项科研资助的大力支持。
论文信息：Ziyi Cai, Qinglong You*, James A. Screen, et al. Role of Atlantic Multidecadal Variability in modulating Arctic sea-ice loss and wetting, Science Advances, 2026.doi: https://doi.org/10.1126/sciadv.ady7595
