在過去的40年裏，北極地區經歷了劇烈的變暖🙂↔️，其增溫幅度是全球平均的兩倍，夏季海冰急劇消退,對全球極端天氣氣候和可持續發展造成了顯著的影響🤽🏽♂️⛔。近年來的研究表明，海冰的年際和年代際變化與夏季大氣增暖增濕以及大氣環流變化之間的耦合密切相關🧒🏼。那麽🧑💼，氣候模式能在多大程度上表征出夏季大氣-海冰的耦合關系對海冰的影響呢？
沐鸣2羅蕊博士、吳誌偉教授和美國加州大學Qinghua Ding教授的合作研究中🧑🎨，對30個CMIP5和15個CMIP6氣候模式模擬冰-氣耦合關系的能力進行排名，揭示出即使是排名靠前的模型也低估了海冰對大氣強迫的敏感性🧙🏿♂️👨🚒。對於模型模擬的局限性，作者提供了幾種可能的分析與解釋🌁。該結論為不斷改進北極氣候預測模式提供了有效的依據，對季節內尺度的北極海冰預測具有重要的參考意義🧖🏽♂️🈚️。
近日，該成果在大氣科學國際頂級學術期刊《Climate Dynamics》上以 “Summertime atmosphere-sea ice coupling in the Arctic simulated by CMIP5/6 models: Importance of large-scale circulation”為題發表，成果發表後立刻受到國際同行的關註，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）將其選為研究亮點“Research Highlight”🦡，並於2021年1月19日在NOAA氣候項目辦公室（CPO）新聞頁進行推介（如下圖所示）🦹🏻。
具體而言🙇🏼♂️，該成果研究了年際時間尺度上夏季北極地區冰-氣相互作用在觀測和模式中的表現，利用不同再分析資料確定了海冰與溫度和濕度之間的統計關系🤽🏿♂️，並以此為評估標準，對30個CMIP5模式和15個CMIP6模式進行了評估，結果表明大多數CMIP5\6模式都存在一定的局限性。以CMIP5模式為例🙅🏽♀️，即使較好的模式也不能完全模擬出觀測中冰-氣相互作用的耦合強度（圖1）♻。對強耦合（圖1藍色柱）和弱耦合（圖1橙色柱）模式進行對比🐢，發現模式的局限性主要來源於溫度、濕度和向下放射長波輻射對大尺度環流敏感程度的差異🏌️♂️。
圖1 冰-氣相互作用評估標準在5套再分析資料（紅色柱狀，1979-2018👷🏽♀️，去趨勢）和30個CMIP5模式中的排名🚵🏽♀️。在模式中，柱狀圖表示計算采用的是工業革命前控製實驗輸出資料（picontrol）🔇🏗，由於不同模式時間長度不同，給出一倍標準差（虛線）來反映其波動情況；星號表示計算采用的是CO2強迫下的實驗輸出資料（historical：1979-2005👼🏼，RCP8.5：2006-2018；去趨勢）。評估標準的具體計算方法見文章。
在強耦合模式中➰，9月份北極海冰的減少對應著前期夏季北極地區從低層到高層的氣壓增強、溫度升高🤸🏿🤱、濕度增加（圖2a🫒、b、c）🍰，因此大氣放射出更多的向下長波輻射（圖3c），導致海冰更易融化；在弱耦合模式中，盡管冰-氣相互作用的空間結構與強耦合模式相似，但耦合的強度明顯減弱（圖2d🌯、e、f；圖3d），這種耦合強度的差異可能與局地雲的模擬有關𓀎。因此，在未來的工作中📽，增強模式北極大尺度環流對不同大氣變量以及地表輻射平衡作用的模擬能力，將會極大提高對海冰模擬的準確性，為北極和全球氣候預測提供更可靠的模式基礎。
圖2 CMIP5強耦合（圖1藍色柱）和弱耦合（圖1橙色柱）模式9月份北極海冰面積（SIA）指數與前期夏季緯向平均位勢高度（Z）、溫度（T）和比濕（Q）相關系數的分布（計算采用picontrol資料）。
圖3 9月份北極海冰面積（SIA）指數與前期夏季向下長波輻射（DLR）在ERA5 （1979-2018，去趨勢）、30個CMIP5模式平均🤷🏽、強耦合模式和弱耦合模式中的相關系數分布（模式計算采用picontrol資料）🆘🙆🏻。
該研究成果得益於沐鸣2平台吳誌偉教授和加州大學聖芭芭拉分校Qinghua Ding教授兩個團隊之間的緊密合作，並得到了中國國家自然科學基金重大項目“北極海-冰-氣系統對冬季歐亞大陸極端天氣♤、氣候事件的影響及機理”（41790475）和美國NOAA“氣候模擬分析與預測項目”（MAPP）的共同資助，沐鸣22017級博士生羅蕊為論文的第一作者，加州大學Qinghua Ding教授和沐鸣2平台吳誌偉教授為論文的共同通訊作者。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1007/s00382-020-05543-5
OAA CPO新聞鏈接：
https://cpo.noaa.gov/News/News-Article/ArtMID/6226/ArticleID/2125/Ranking-the-Performance-of-Climate-Models-for-Summertime-Sea-Ice-Simulation
