南極海冰異常對南半球冬春季大氣環流影響的年代際變化

陳奕冰， 吳其岡，2

（1. 復旦大學 大氣與海洋科學系，上海 200438； 2. 復旦大學 極地海冰氣系統與天氣氣候教育部重點實驗室，上海 200438）

0 引言

海冰是極地氣候系統的重要組成成分，其存在和異常變化能夠調節海-氣間的熱動量及物質通量交換過程，從熱動力的角度參與海-冰-氣間的相互作用［1］。以往的研究已經證明，南極海冰的持續性異?？梢酝ㄟ^直接改變南半球區域的熱輻射平衡，進而影響到緯向溫度和壓力梯度，具有影響南半球大氣環流的能力。Bader 等［2］利用大氣環流模型ECHAM5 進行的數值試驗結果表明，南極海冰變化所引發的大氣響應與南半球熱帶外大尺度大氣環流變率的主要模態——南半球環狀模（Southern Hemisphere Annular Mode，SAM）類似。WACCM4、CCSM3 及CM2.1 等多個耦合氣候模型的試驗結果也表明［1，3-6］，南極海冰的異常變化會使南半球中高緯度地區對流層內的出現反相壓力異常（即SAM），驅動中緯度急流強度的改變及南北位置的偏移，并調節極地環流和費雷爾環流的強度。而Morioka等［7］及Cunningham等［8］的試驗則分別研究了威德爾海和羅斯海的海冰變化，發現兩個開闊大洋的海冰異常信號都能傳播至低緯度地區。

南極海冰異常變率的主要模態被稱為南極偶極子（Antarctic Dipole， ADP），其特征表現為南極半島兩側海冰的反相變化。Wu等［9］指出，前期的ADP與后期的SAM在年際尺度上存在顯著關聯。同時，ADP 還能通過影響經圈環流，與熱帶至北半球的大氣環流異常產生聯系［10-11］。而ADP 的出現和維持會受到厄爾尼諾-南方濤動（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）事件的強烈影響：在El Ni?o 期間，熱帶太平洋海溫的異常信號通過太平洋-南美（Pacific-South America，PSA）遙相關被傳遞到南極地區，在阿蒙森-別林斯高晉海誘發的異常反氣旋和冷暖平流會促使南極半島兩側的海冰發生反相變化［12-13］。但在2000 年前后，ENSO 出現了年代際轉變：東部型（eastern Pacific， EP）和中部型（central Pacific， CP）El Ni?o 的發生頻率分別在2000 年前后占主導地位［14-17］，Dou等［14］已發現，成熟階段的ENSO與之后南半球冷季ADP 間的相關系數在最近二十年中顯著減弱，熱帶太平洋的海溫異?？赡茈y以再通過引發ADP，進而影響南半球的大氣環流。

同時，南極海冰在1979—1999 年間以約12 萬平方公里每十年的趨勢緩慢增長，2000—2014 年間增速先變為原來的5 倍［18-19］，而后在2016 年出現了突變減少，且于2017、2022 年不斷刷新衛星觀測資料出現以來南極海冰范圍的最小記錄［20-21］，隨后幾年又有所增加［22］，即2000年之后南極海冰的變率明顯增強。故考慮到2000年前后熱帶-極地連接以及南極海冰變率的年代際變化，本研究對比分析了1979—1999 年（記為P1 階段）和2000—2021 年（記為P2階段）兩階段南半球冬春季大氣環流受前期海冰異常的不同影響，并討論了該年代際變化發生的可能原因。

1 資料與方法

研究使用的月平均南極海冰密集度（sea ice concentration， SIC）資料來自美國國家冰雪數據中心［35］，該資料集使用高級微波掃描輻射計-地球觀測系統Bootstrap算法生成，空間分辨率為25 km×25 km。本研究選取了1979—1999 年和2000—2021 年為兩個研究時段。位勢高度場、風場和熱通量資料來自歐洲中期天氣預報中心第五代大氣再分析資料集（ERA5）［23-24］，采用的空間分辨率為2.5° ×2.5°。

研究主要對南極SIC 和20°～90° S 的500 hPa 位勢高度場（Z500）進行了最大協方差分析（Maximum Covariance Analysis， MCA）計算，其中MCA使用到數學中的奇異值分解函數［25］，可以有效分析兩個資料陣時空變化之間的聯系［25］，計算得到的左右場的時間序列分別記為MCA-SIC 和MCA-Z500時間序列。本研究關注MCA 第一模態的結果，即兩個時間序列的協方差達到最大的首要模態結果。選取前期的海冰異常與滯后的大氣場進行MCA 計算，可以用于研究海冰異常對后期大氣環流的影響［9］，得到的首要MCA-SIC 時間序列和SIC 同質空間型代表對后期大氣環流產生主要影響的SIC 異常時間序列和空間模態，首要MCA-Z500 時間序列和Z500 異質空間型代表受前期SIC 異常主要影響的大氣環流異常時間序列和空間模態。參照Czaja等［26］論文中的蒙特卡洛方法，對MCA-SIC 和-Z500時間序列進行100 次亂序計算，以檢驗兩者平方協方差的顯著性。此外結合了其他的氣象統計方法包括經驗正交函數（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解法、線性回歸、合成和相關分析，置信度水平檢驗使用雙邊Student-t檢驗。MCA 和EOF 計算前，通過對SIC 的每個網格點乘以面積平方根、對Z500乘以緯度余弦平方根的方式來進行面積加權，且在所有計算前分別去除了兩個研究時段的氣候態及利用最小二乘法計算的線性趨勢。由于ENSO事件能顯著影響到南半球大氣環流和南極海冰的異常分布［12，27］，研究中參考Wu 等［9］的方法，選取與前期6 個月Ni?o 3.4 指數的最大回歸系數，從原始場中減去回歸擬合值，以去除熱帶太平洋海溫異常對結果的影響。采用的Ni?o 3.4 指數下載自美國氣候預測中心網站。計算時選取連續的3個月為每個季節，且本研究中提到的季節均為南半球季節。由于冷季的大氣環流更易產生變化［1］，對海冰異常的響應可能更為強烈，故本文選取冬春季大氣場進行研究。

為了分析瞬變渦動對大氣環流異常的作用，計算了2～8 天濾波后的300 hPa 瞬變渦動動能（EKE）：其中“- ”和“'”分別表示時間平均和擾動，u表示緯向風，v表示經向風。同時計算了E 矢量的水平分量［28］：

此外，通過計算準地轉位勢傾向方程進一步了解渦流響應對平均流響應的貢獻，參考Lau 的方法［29］將位勢傾向定義為：

式（2）中的π表示瞬時渦流渦動通量的收斂性，定義為：

2 結果與分析

2.1 海冰異常對大氣環流影響的年代際變化

圖1 中兩個階段首要MCA-Z500 和MCA-SIC時間序列的平方協方差都在lag 為0 和1 時達到最強，且具有95%置信度，分別與以往研究所指出的冰-氣間存在相互作用、及大氣環流能迫使海冰發生異常變化的結論吻合［30-31］，而lag 為負值的情況為研究的重點。如果海冰的異常變化僅是對大氣被動的響應，lag 為負值時不會出現顯著的協方差，而圖1 顯示，雖然出現在不同季節，兩個階段lag 取-1到-4 時都存在顯著的協方差，證明前期海冰異常會對后期南半球冬春季大氣環流產生影響，但影響的季節發生了年代際改變。1979—1999年主要是8月到10 月（ASO）和9 月到11 月（SON）的Z500 受到前期海冰異常的影響，以下的分析將該階段大氣場選定在SON季節（ASO季節的結果與之類似），并取其前期1～4個月即MJJ、JJA、JAS和ASO季節的SIC異常來研究氣候效應；而P2 階段轉變為六月到八月（JJA）和七月到九月（JAS）的Z500 受前期海冰異常所影響，故將該階段大氣場選定在JAS 季節（JJA 季節的結果與之類似），取其前期1～4 個月即MAM、AMJ、MJJ 和JJA 季節作為對后期大氣場產生影響的海冰季節來進行研究。

圖1 1979—1999年（a）和2000—2021年（b）500 hPa 20°～90° S位勢高度場異常和南極SIC異常的首要MCA時間序列間的平方協方差系數（橫軸代表選取的位勢高度場月份從5月到7月（MJJ）至12月到次年2月（DJF），縱軸代表海冰場滯后位勢高度場的月份（記為lag），lag為負時代表選取前期的海冰和滯后的位勢高度進行計算，lag為0時代表選取同期的海冰和位勢高度；深（淺）陰影表示超過95%（90%）置信度月份）Fig. 1 The 1979—1999 （a） and 2000—2021 （b） squared covariance coefficient associated with the first MCA time series between anomaly fields of the Z500 （20°～90° S） and the Antarctic SIC as a function of seasons and lags. The x-axis denotes the months assigned to Z500， from May to July （MJJ） to December to February （DJF） of the following year. SIC leads Z500 at negative lags indicated （in months） on the y-axis. When the lag is negative， it represents the selection of previous sea ice and lagging geopotential heights for calculation. When lag is 0， it represents the selection of sea ice and geopotential heights for the same season. Shading indicates the 90% （heavy） and 95% （the most heavy） confidence levels

為了進一步研究前期海冰異常與后期大氣環流的聯系，對1979—1999 年SON（2000—2021 年JJA）季節的Z500 與lag 為-4 至+1 的南極SIC 異常進行MCA 計算，得到圖2（圖3）中的SIC 同質協方差圖和Z500異質協方差圖。由于MCA的結果成對出現，選取圖2 和圖3 所示的位相進行研究，反位相的結果同理相反。圖2（a）～（d）顯示，1979—1999 年南半球冬春季海冰主要以ADP 型異常對后期春季大氣環流產生影響，而圖3（a）～（d）顯示2000—2021年秋冬季的海冰以與前一階段不同的三極型海冰異常對后期大氣產生影響，其正負異常中心分布于威德爾海及其東西兩側，且與所處季節偏暖有關［1］，P2 階段威德爾海的SIC 異常最值更靠近南極大陸且經向范圍收縮，南極東部邊緣的異常強度和顯著性也減弱。

圖2 1979—1999年SON季節500 hPa位勢高度場異常與前期0～4個月和滯后1個月的南極SIC異常MCA首要模態的同質（左側）和異質（右側）協方差空間型［位勢高度的等值線間隔為7.5 gpm，實線（虛線）為正（負）值，零線省略；陰影和打點區分別代表位勢高度和海冰場關于首要MCA-SIC時間序列回歸超過95%置信度區域］Fig. 2 1979—1999 （left） homogeneous SIC and （right） heterogeneous Z500 covariance maps in the first MCA mode at lags from -4 to +1 months when Z500 is fixed on SON seasons （Contour interval is 7.5 gpm for Z500； Negative contours are dashed and the zero line is omitted. The shaded and dotted areas indicate significance at 95% confidence levels）

圖3 2000—2021年JAS季節500 hPa位勢高度場異常與前期0～4個月和滯后1個月的南極SIC異常MCA首要模態的同質（左側）和異質（右側）協方差空間型［位勢高度的等值線間隔為7.5 gpm，實線（虛線）為正（負）值，零線省略；陰影和打點區分別代表位勢高度和海冰場關于首要MCA-SIC時間序列回歸超過95%置信度區域］Fig. 3 2000—2021 （left） homogeneous SIC and （right） heterogeneous Z500 covariance maps in the first MCA mode at lags from -4 to +1 months when Z500 is fixed on JAS seasons （Contour interval is 7.5 gpm for Z500； Negative contours are dashed and the zero line is omitted； The shaded and dotted areas indicate significance at 95% confidence levels）

表1 中展示了1979—1999 年SON 和2000—2021年JJA 季節Z500和前期1～4個月SIC 異常的首要MCA-SIC 時間序列之間的相關系數。相關系數在滯后1 個月時約為0.8，滯后3 個月時仍能保持0.6 左右且具有顯著性，說明兩個階段海冰異常都具有較強的時空連續性，能對后期的大氣環流產生持續性影響。伴隨著前期的海冰異常影響，圖2 與圖3 中兩階段的Z500 響應都呈現出較為典型的SAM 特征［32-33］：高緯度的南極大陸上空和中緯度的位勢高度場基本呈反相變化，非緯向對稱成分主要位于阿蒙森海地區，該大氣環流型也是1979—1999年SON 和2000—2021 年JJA 季節Z500 的EOF 首要變化模態。850 hPa和150 hPa位勢高度場的結果與之相似（圖略），證明該種類似SAM的大氣響應在對流層內具有深厚的準正壓結構。表2 顯示P1 階段首要MCA-Z500 時間序列與該時期SON 季節Z500 EOF 首要模態（EOF1）時間序列間的相關性均大于0.9，并具有95%置信度，而P2階段MCA-Z500的時間序列與JAS 季節Z500 的EOF 首要模態時間序列間的相關性均大于0.98 且95%置信顯著。兩階段分別利用ASO 和JJA 季節的Z500 異常與SIC 異常計算的MCA 結果與之相似。MCA-Z500 和Z500的EOF1時間序列間的顯著相關性，證明1979—1999 年和2000—2021年兩個階段，前期的南極海冰異?？梢燥@著影響到后期南半球冬春季大氣環流的主要變率。

表1 1979—1999年（P1）超前SON季節和2000—2021年（P2）超前JAS季節1～4個月的首要MCA-SIC時間序列之間的相關系數Table 1 Correlation coefficients between the first MCA-SIC time series in Fig.2 and Fig.3

圖4 顯示了兩階段MAM，JJA 和SON 季節SIC的EOF1 空間模態。1979—1999 年EOF1 呈現ADP型異常，南極半島兩側的海冰異常為反位相分布，同時該階段MJJ、JJA、JAS和SON 季節的海冰EOF1也均為ADP（MJJ和JAS圖略），EOF1時間序列與圖2 中對應季節的MCA-SIC 時間序列間的相關系數分別為0.67、0.85、0.92 和0.89（均具有95%置信度），表明P1階段前期持續的ADP與SON 季節負位相SAM 顯著關聯。P2 階段MAM 季節的EOF1 中威德爾海和羅斯海海冰異常減少，阿蒙森-別林斯高晉海海冰異常增加，AMJ 季節的EOF1（圖略）與MAM 季節的類似，而JJA 季節的EOF1與P1階段的ADP 相似，但威德爾海海冰異常強度明顯偏弱，羅斯海海冰異常略微加強。該階段MAM-MJJ 季節的EOF1 時間序列與圖3 中對應季節的MCA-SIC 時間序列間的相關系數為0.69，0.69 和0.55（均具有95%置信度），也反映出P2階段海冰異常的EOF1與圖3（a）～（d）中影響后期大氣環流的海冰異常模態相關性較高，可以對后期南半球冬季的SAM 產生影響。

圖4 1979—1999年（a）～（c）和2000—2021年（d）～（f）MAM、JJA和SON季節南極SIC異常的EOF首要模態Fig. 4 1979—1999 （a）～（c） and 2000—2021 （d）～（f） Antarctic SIC EOF1 of MAM， JJA and SON seasons

兩階段南半球秋冬季海冰異常的主模態發生了年代際改變，P2階段傳統的ADP不再作為優勢模態出現，這可能與ENSO-ADP間聯系在2000年之后減弱有關。Dou等［14］提出，2000年以前，受ENSO 激發的塔斯曼海海溫異?？勺鳛椤昂Ｑ髽颉?，引發到極地的PSA 波列，加深的阿蒙森低壓導致羅斯—阿蒙森海和威德爾海海冰的反向變化，建立了成熟季ENSO 與其后冷季ADP 的聯系，但在2000 年之后，ENSO 與塔斯曼海海溫的相關性減小，ENSO 很難再通過影響塔斯曼海的海溫異常來影響到ADP 的形成，冷季ADP 指數與前期十二月到二月的Ni?o 4指數的相關系數也從1979—2001年的0.72，顯著減小到2002—2020 年的0.21，ENSO-ADP 的聯系減弱。Guo等［15］指出與2000年后發生頻率升高的CPEl Ni?o 相對應的南半球春季熱帶降水激發的羅斯貝波波源，會相對于EP-El Ni?o 向西移動約20°～30°，導致PSA 響應變弱并向西偏移，有利于羅斯海和威德爾海海冰的增加和阿蒙森-別林斯高晉海海冰的減少，即類似于圖4（d）中的EOF1 三極型海冰異常。

以上EOF 和MCA 分析的結果表明，兩階段影響后期大氣環流的海冰異常首要模態及作用季節發生的年代際改變，可能與P2 階段ADP 減弱有關。ADP 在2000 年后不再作為海冰變率的主要模態出現，圖2（a）～（d）中的ADP 在圖3（a）～（d）中也不再是影響南半球大氣環流的首要模態，海冰異常模態發生了年代際改變，導致其對后期大氣環流的影響也產生了變化。而海冰異常模態的變化很可能與熱帶太平洋海溫異常對其影響的年代際改變有關：P1階段ENSO與ADP聯系較強［14］，ADP可作為熱帶太平洋海溫異常影響南半球熱帶外大氣環流的橋梁，建立熱帶到極地的聯系，但P2 階段ENSO 對南極海冰的影響作用減弱且影響位置改變，部分解釋了海冰模態的變化。與此同時SAM、緯向波數3 模態（Zonal Wave 3， ZW3）大氣季節內振蕩（Madden-Julian Oscillation，MJO）和印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole， IOD）等其他大氣模態的內部變率和遙相關對南極海冰的變化也存在著重要影響［34-38］，這些強迫因子在不同時期的對不同區域的海冰進行調制作用［39］，因此兩階段與后期大氣環流異常有關的首要海冰異常模態及作用季節發生了年代際改變，對應的大氣異常響應也有所差別。同時，圖2（e）～（f）和圖3（e）～（f）顯示出在冰氣相互作用及SAM 的強迫下，兩個階段均出現ADP 型海冰異常，說明ADP 的出現與南半球大氣環流的異常變化存在顯著聯系。

2.2 影響大氣環流的可能機制

由MCA 計算的結果可以發現，雖然影響到后期大氣環流的海冰異常主要模態在2000 年前后發生了年代際改變，但P1 階段南半球春季和P2 階段南半球冬季的大氣環流對于前期海冰異常的響應整體呈現類似SAM的結構，本節主要研究了前期海冰異常影響下該大氣環流異常出現的可能機制。

首先，海冰會通過改變海表反照率及海-氣間的熱通量來影響大氣環流狀態［40］，而兩階段海冰異?？臻g型會引發不同的熱力效應。南半球冷季，較低的日照量抑制了反照率效應，為了研究兩個階段海冰異常型對熱通量的影響，圖5 利用標準化首要MCA-SIC 時間序列計算了1979—1999 年MJJ-ASO季節［圖5（a）～（d）］和2000—2021年MAM-JJA季節

圖5 超前1979—1999年SON季節（a）～（d）和2000—2021年JAS季節（e）～（h）1～4個月的感熱、潛熱之和關于標準化首要MCA-SIC時間序列的合成分析結果（打點表示結果超過95%置信度）Fig. 5 Composite response in seasons preceding （a）～（d） 1979—1999 SON and （e）～（h） 2000—2021 JAS 1～4 months surface energy heat flux of the normalized MCA-SIC time series （The dotted areas indicate significance at 95% confidence levels）

［圖5（e）～（h）］熱通量的合成分析。由于海冰覆蓋區的隔絕效應，高緯度SIC 正（負）異常區存在熱通量負（正）異常，異常的最大值發生在冰緣附近，位于極地環流和中緯度環流之間［3］，且具有下游效應，故有利于海冰異常信號向極地外地區的傳播。由于圖2（a）～（d）中ADP 的存在，圖5（a）～（d）中威德爾海和羅斯海熱通量出現反相異常，且下游南大西洋和南太平洋出現與極地符號相反的大范圍異常熱通量。而2000—2021年的結果圖3（a）～（d）中，三極型海冰異常以威德爾海為中心，故圖5（e）～（h）中熱通量異常最值持續出現在威德爾海及南大西洋，中低緯度的南太平洋和南印度洋也存在熱通量的異常變化。海冰異常引發的熱通量異常從地表傳遞至大氣，進而影響南半球大尺度的大氣環流。

此外，相關研究已指出，海冰變化影響大氣環流的過程中涉及到強渦流相互作用［9，41］，而南半球的地形變化的影響與北半球相比較弱，定常波對平均流的貢獻與渦旋作用相比較小，南半球的大氣環流異常主要受渦旋運動驅動的緯向流異常主導［1，42］，其中高頻瞬變渦旋對南半球總渦強迫貢獻最大［43］，故可通過研究海冰異常對瞬變渦旋的影響，來分析與前期海冰異常有關的SAM型響應出現及維持的可能機制。

圖6中等值線代表1979—1999年SON和2000—2021 年JAS 季節300 hPa 瞬變EKE 關于前期1～4 個月標準化首要MCA-SIC時間序列的回歸，發現海冰異常會引發顯著的瞬變渦旋響應。在60° S和40° S緯度帶附近即SAM 中位勢高度場反相變化的臨界區域，存在著明顯的EKE 異常。1979—1999 年，南半球春季60° S大洋上空出現顯著的風暴軸減弱，前期1～4 個月的海冰影響持續且穩?。蹐D6（a）～（d）］，中緯度上空出現大范圍的風暴加強，并在副熱帶地區存在緯向延伸的動能極大值，對SAM負位相伴隨的西風急流在極地側的減弱和副熱帶側的加強作用明顯，并借助動能與勢能的相互轉化加深了SAM型結構。2000—2021 年，前期海冰異常對南半球冬季風暴活動的影響與前一階段相比在高緯度更強，且集中在南極大陸周圍［圖6（e）～（h）］，三個最強作用區分別位于約55° S 的南大西洋、南印度洋和南太平洋，而中緯度EKE 正異常區域主要出現在南印度洋到南太平洋。圖6 的結果證明兩種海冰異常模態都通過激發南半球瞬變渦旋的異常變化，支持了SAM 中高緯反相位勢高度異常的產生。

圖6 1979—1999年SON季節（a）～（d）和2000—2021年JAS季節（e）～（h）的500 hPa EKE（等值線間隔為3 m2·s-2，紅色實線代表正異常）關于超前1～4個月的標準化首要MCA-SIC時間序列的回歸結果（陰影表示結果超過95%置信度）Fig. 6 Regression coefficients of 1979—1999 SON （a）～（d） and 2000—2021 JAS seasons （e）～（h） 500 hPa EKE （interval：3 m2·s-2， red contours represent positive） onto the normalized MCA-SIC time series at lags from -4 to -1 months（Shadings indicate that the coefficients are significant at 95% confidence levels）

E 矢量能診斷波流間的相互作用，其輻合輻散能反映瞬變渦旋對緯向氣流的削弱或加強［44］。故進一步計算了1979—1999 年南半球SON 和2000—2021 年JAS 季節300 hPa E 矢量的水平分量關于前期1～4 個月標準化首要MCA-SIC 時間序列的回歸結果（圖7）。與海冰異常相關的E 矢量在高緯西風減弱區有強烈的輻合，且P2 階段輻合更為明顯，作用的最強區與EKE 異常最值區域吻合，表明瞬態渦旋對西風強烈的減弱作用。中緯度到副熱帶的E矢量出現顯著輻散，表明瞬變渦旋對副熱帶西風風速存在顯著的加強作用，P1 階段輻散在南太平洋東部最強，P2階段轉移至南印度洋。E矢量的響應證明，海冰異常所引發的瞬變渦旋異常，能影響到伴隨著SAM的緯向風的改變。

為進一步分析兩種海冰異常模態是否通過影響瞬變渦旋運動使大氣環流呈現出負SAM的傾向，圖8 計算了位勢高度傾向方程關于前期1～4 個月標準化首要MCA-SIC 時間序列的回歸。圖8 與圖2（a）～（d）和圖3（a）～（d）中位勢高度的異?？臻g型特征十分相似，均在中高緯度呈現反相異常。1979—1999年的南半球春季，與前期ADP型海冰異常有關的瞬變渦旋作用與南極洲持續穩健的位勢高度傾向正異常有關［圖8（a）～（d）］，位于中緯度新西蘭南部、阿根廷和南非南部海洋的負位勢高度也受瞬變渦旋的持續影響，超前4 個月的瞬變渦旋對南大西洋東部到南印度洋西部及澳大利亞南部的帶狀位勢高度異常也存在顯著強迫［圖8（a）］。相較于前一階段，2000—2021 年南半球冬季與前期海冰異常有關的瞬變渦旋作用在高緯度增強［圖8（e）～（h）］，同時中緯度瞬變渦旋強迫下的位勢高度傾向異常中心向東偏移，在三大洋中部各有一個負異常中心［圖8（e）～（h）］，與圖3（e）～（h）中三個海區上空的位勢高度負異常對應良好，進一步證明由前期海冰異常引發的瞬態渦旋強迫，在1979—1999年南半球春季和2000—2021 年冬季大氣環流出現類似SAM 型異常的傾向中存在重要貢獻。

圖8 1979—1999年SON（a）～（d）和2000—2021年JAS季節（e）～（h）的300 hPa位勢高度傾向關于超前1～4個月的標準化首要MCA-SIC時間序列的回歸結果，等值線間隔為3×10-5 m·s-1（陰影代表超過95%置信度區域）Fig. 8 Regression coefficients of 1979—1999 SON （a）～（d） and 2000—2021 JAS （e）～（h） 300 hPa geopotential height tendencies （interval： 3×10-5 m·s-1） onto the normalized MCA-SIC time series at lags from -4 to -1 months（Shadings indicate that the coefficients are significant at 95% confidence levels）

3 結論與討論

本研究主要通過最大協方差分析及蒙特卡洛顯著性檢驗，分析了前期南極海冰異常對南半球冬春季大氣環流影響的年代際變化，發現1979—1999年間主要是南半球春季大氣環流受前期ADP 型海冰異常的影響，冬季大氣與前期海冰異常的聯系并不顯著，而2000—2021年間轉變為南半球冬季大氣環流異常與前期秋冬季海冰異常顯著相關，且影響到后期大氣環流的海冰異常主要模態不再是ADP而轉變為三極型。受前期海冰異常所影響的大氣環流在2000 年前后均出現類似SAM 的響應，對流層位勢高度以60° S 為界在中高緯度呈反相變化。相關的動力診斷發現，兩種海冰異常均可以通過影響高頻瞬變渦旋來產生和維持SAM 型大氣環流異常，后續的研究中可利用數值模擬試驗來驗證兩種海冰異常模態對SAM的影響及具體機理。

此外，本研究中雖然去除了ENSO 的年際變化在南極海冰影響南半球大氣環流過程中的干擾，但南極海冰與南半球大氣環流關系的改變，很可能與ENSO 的年代際變化存在密切聯系。正如Dou 等［14］指出的，在2000 年之前ENSO 可通過激發塔斯曼海的海溫異常產生到南極半島的波列，促使ADP 產生。該過程建立了ENSO 與南極海冰的聯系，進而通過激發南極海冰的異常影響到南半球的大氣環流。而2000 年以后，發生頻率升高的CP-Ni?o 與塔斯曼海海溫的異常相關性微弱［14-15］，熱帶太平洋海溫與極地的聯系減弱，海冰異常的模態受其他因素影響加深，例如關于2016年南極海冰出現突變減少的原因，相關研究就指出熱帶印度洋的遙相關作用強于熱帶太平洋［45-46］。故2000年前后ENSO等海冰強迫因子在南極海冰異常影響南半球大氣環流過程中的不同作用，還需要進一步研究和確認。