冰川冻土, 2021, 43(3): 902-916 doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0058

北极快速增暖背景下冰冻圈变化及其影响研究综述

蔡子怡,1, 游庆龙,1,2, 陈德亮3, 张若楠1, 陈金雷4, 康世昌4,5

1.复旦大学 大气与海洋科学系，上海 200438

2.中国气象局-复旦大学海洋气象灾害联合实验室，上海 200438

3.瑞典哥德堡大学 地球科学系，瑞典 哥德堡 40530

4.中国科学院 西北生态环境资源研究院 冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃 兰州 730000

5.中国科学院大学，北京 100049

Review of changes and impacts of the cryosphere under the background of rapid Arctic warming

CAI Ziyi,1, YOU Qinglong,1,2, CHEN Deliang3, ZHANG Ruonan1, CHEN Jinlei4, KANG Shichang4,5

1.Department of Atmospheric and Oceanic Sciences，Fudan University，Shanghai 200438，China

2.CMA-FDU Joint Laboratory of Marine Meteorology，Shanghai 200438，China

3.Department of Earth Sciences，University of Gothenburg，Gothenburg 40530，Sweden

4.State Key Laboratory of Cryospheric Science，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

5.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

通讯作者: 游庆龙，教授，主要从事青藏高原现代气候环境变化研究. E-mail： qlyou@fudan.edu.cn

编委: 武俊杰

收稿日期: 2021-05-02   修回日期: 2021-06-10   网络出版日期: 2021-07-29

基金资助: 第二次青藏高原综合科学考察研究项目.  2019QZKK0105
国家自然科学基金项目.  41971072

Received: 2021-05-02   Revised: 2021-06-10   Online: 2021-07-29

作者简介 About authors

蔡子怡，直博研究生，主要从事北极气候变化研究.E-mail：zycai19@fudan.edu.cn , E-mail：zycai19@fudan.edu.cn

摘要

北极具有独特的地理位置和战略地位，是当前全球变化研究的热点区域之一。北极增暖是全球平均值的两倍以上，被称为“北极放大”现象。在北极快速增暖背景下，冰冻圈尤其是海冰显著萎缩，对北极乃至中纬度天气气候产生深远影响。对北极快速增暖背景下冰冻圈主要要素（包括海冰、冰盖、冰川、积雪和冻土）时空变化特征及未来预估进行了综述，同时总结了海冰变化对北极气候系统（大气圈、水圈、岩石圈和生物圈）以及中纬度极端天气气候事件的影响。指出当前北极冰冻圈变化研究受观测资料缺乏及模式模拟不确定等问题限制，其机理及对中纬度天气气候影响机制仍存在争议。未来还需要加强北极地区的综合监测，提高模式对北极气候系统物理过程的模拟能力，进行多模式、多数据、多方法的集成研究。

关键词： 北极 ; 增暖 ; 冰冻圈 ; 变化 ; 影响

Abstract

The Arctic has a unique geographical location and strategic position， and it has become a hotspot for global change. The Arctic warming is more than twice than the global mean， which is called Arctic amplification. Under the background of rapid warming， the Arctic cryosphere has undergone strong changes， which have profound impacts on the Arctic climate and even the mid-latitude climate. This study summarizes the spatial and temporal characteristics and future projections of the main elements of the cryosphere （including sea ice， Greenland Ice Sheet， glaciers， snow and permafrost） under the background of rapid Arctic warming. At the same time， the impacts of cryospheric changes on the Arctic climate system （atmosphere， hydrosphere， lithosphere and biosphere） and extreme weather and climate events in mid-latitudes are reviewed. It is pointed out that the current research on the Arctic climate system still suffers from the insufficient observational data and the uncertainty of model simulations. Mechanisms responsible for the Arctic climate system and the ways in which the Arctic cryosphere influences the mid-latitudes are still controversial. This study motivates further effort to further develop the monitoring system for the Arctic， improve models’ ability to realistically represent the components and physical processes of the Arctic climate system， and conduct integrated research based on multi-data， multi-methods， and multi-models.

Keywords： Arctic ; warming ; cryosphere ; changes ; impacts

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蔡子怡, 游庆龙, 陈德亮, 张若楠, 陈金雷, 康世昌. 北极快速增暖背景下冰冻圈变化及其影响研究综述[J]. 冰川冻土, 2021, 43(3): 902-916 doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0058

CAI Ziyi, YOU Qinglong, CHEN Deliang, ZHANG Ruonan, CHEN Jinlei, KANG Shichang. Review of changes and impacts of the cryosphere under the background of rapid Arctic warming[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(3): 902-916 doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0058

0 引言

北极范围的界定地理上通常指北极圈（66°34′N）以北的海陆区域，总面积约2 100×104 km2［1］，是冰冻圈集中分布区。北极冰冻圈主要要素包括格陵兰冰盖、冰川、海冰（多年冰、一年冰和陆地固定冰）、积雪和冻土（陆地多年冻土、海底多年冻土和季节冻土）等［1］（图1）。由于冰冻圈对气候的高度敏感性和重要反馈作用，北极成为全球变化最快速、最显著、最具指示性的区域之一［2］。根据IPCC第五次评估报告，1880—2012年全球近地表平均气温大约升高了0.85 ℃［3］，而北极升温速率是全球平均水平的2~3倍，被称为“北极放大”现象［2，4］。与此同时，北极还经历着海冰退缩［5-6］、冰盖物质损失［7-8］、多年冻土退化［9］等过程。北极气候系统的快速变化，不仅对北极陆地和海洋环境产生影响，改变北极的生态平衡，也影响到北半球乃至全球天气气候，关系到人类的生存和发展［10］。

图1

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图1   北极气候系统示意图（海冰数据来自美国国家冰雪数据中心，土地利用分类数据来自Globeland30 2020版）

Fig.1   Schematic diagram of the Arctic climate system （Sea ice data comes from the National Snow and Ice Data Center （NSIDC）， and land use classification data comes from Globeland30 2020）


自21世纪以来，北半球中纬度地区极端天气气候事件增多增强，冬季寒潮和夏季热浪加剧［4，11-13］、强降水/降雪事件增多［14-15］，与北极气候系统变化存在显著联系。了解北极气候变化过程及机制，预估其未来变化，是当前气候系统研究的重要方向。作为“近北极国家”，北极变化对我国的气候系统和生态环境有直接或间接影响［16-17］。同时，北极航道的开通对我国“一带一路”建设具有重要作用［18］。

以往大量研究关注了北极过去、现在和未来的气候变化特征及其影响［19-20］，但许多研究结果还存在争议［21-24］。比如北极观测资料仍然缺乏，模式模拟和影响机制仍然存在很大不确定性［25-27］。北极增暖的物理机制可以归纳为局地反馈（冰雪反照率反馈、大气温度反馈、云和水汽的反馈等）和大尺度环流强迫（大气环流和海洋环流）［21］，但各个反馈机制的相对贡献仍不清楚［21］；此外，北极对中纬度地区影响的物理过程和强度也存在很大争议［23，27］。本文仅针对北极快速增暖背景下冰冻圈变化特征及其影响进行综述，主要包括过去、现在和未来北极增暖以及冰冻圈变化特征，从北极区域影响和对中纬度极端天气气候事件影响两方面来总结北极冰冻圈变化所带来的影响，并且讨论目前还存在的争议及未来展望。

1 近几十年北极增暖背景下冰冻圈变化特征

观测和再分析数据分析结果表明，北极的近地表气温在快速升高，尤其是从20世纪80年代起，增暖速率明显增加［2，28-33］（表1）。根据1880—2017年期间观测的全球气温（HadCRUT4.6），整个北极的升温速率从19世纪90年代初的0.14 ℃·（10a）-1增大到21世纪10年代的0.21 ℃·（10a）-1［29］。北冰洋沿岸441个观测站点数据显示，1901—2008年全年升温速率为0.12 ℃·（10a）-1，而1979—2008年的升温速率升高到0.64 ℃·（10a）-1［28］。北极增暖在冷季（秋季和冬季）最为显著，根据6种再分析资料（20CRv2c、CERA-20C、ERA-Interim、MERRA-2、NCEP-CFSRR和JRA-55）结果，相对于1951—1990年，1996—2015年北极平均近地表气温在全年、秋季、冬季和春季分别增加了1.6 ℃、1.9 ℃、1.7 ℃和0.9 ℃［31］。空间上主要增暖区位于欧亚大陆北冰洋沿岸的巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海以及波弗特海，但在欧亚大陆和北美大陆的高纬度地区全年增暖相对缓慢［34］。最新的ERA5再分析资料结果显示，1979—2020年北极全年增温趋势为0.72 ℃·（10a）-1，增温速率远大于全球和北半球平均值。在垂直方向上，大多数季节的北极增暖都延伸到对流层上层，在地表附近最为明显，第二个大值中心在对流层上层-平流层底层。经向气温梯度随着高度增加而降低，冬季和秋季最强，夏季强度较弱［2］。在平流层，气温有明显的降低趋势，这与对流层的增暖趋势完全相反，可能与对流层顶二氧化碳增多导致的长波辐射冷却以及臭氧空洞有关［35-36］。

表1   北极增暖研究汇总［37］

Table 1  Summary of Arctic warming research［37］

数 据研究时段结 果文献来源
ERA5再分析数据1979—2020年全年0.72 ℃·（10a）-1，春季0.71 ℃·（10a）-1，夏季0.33 ℃·（10a）-1，秋季0.88 ℃·（10a）-1，冬季0.78 ℃·（10a）-1［37］
北冰洋沿岸441个观测站点数据1901—2008年0.12 ℃·（10a）-1，其中1979—2008年0.64 ℃·（10a）-1［28］
HadCRUT4.61880—2014年1890年代0.14 ℃·（10a）-1，2010年代0.21 ℃·（10a）-1［29］
64° N以北的37个气象观测站数据1910—2008年1910—1940年和1970—2008年北极显著增暖，1940—1970年北极变冷［30］
6套再分析数据（20CRv2c， CERA-20C， ERA-Interim， MERRA-2， NCEP-CFSRR， JRA-55）1951—2015年与1951—1990年相比，1996—2015年北极年平均增温为1.6 ℃，秋季/冬季增温最大，为1.9 ℃/1.7 ℃，夏季最小，为0.9 ℃［31］
NCEP/NCAR和JRA-251979—2007年预计到21世纪，冷季北冰洋上空对流层低层气温将显著上升［32］
ERA-Interim， JRA-55， MERRA和HadCRUT41979—2013年近地表和对流层低层显著增暖［33］
ERA-Interim1989—2008年近地表（950~1 000 hPa）气温：春季0.9 ℃·（10a）-1，夏季0.5 ℃·（10a）-1，秋季1.6 ℃·（10a）-1，冬季1.6 ℃·（10a）-1［2］
Berkeley Earth Surface Temperature dataset （BEST）1979—2014年全年0.73 ℃·（10a）-1［38］
66° N以北的32个气象观测站数据1979—2014年全年0.77 ℃·（10a）-1［38］

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北极增暖的同时，大气边界层含水量和空气湿度也相应增加［24］，1961年以来降水总体呈现增加趋势［39］。降水形态变化受到广泛关注，降雪影响地表反照率从而影响北极气温，而降雨将热量带到北极下垫面中并改变雪的物理性质，影响冰雪消融［40］。20世纪90年代以来，北冰洋和加拿大群岛夏季积雪减少的主要原因被认为是降水形态的改变［41］，意味着随着北极增暖，降雪/降雨比例正在发生变化［42］，降雪逐渐向降雨转变，冻雨、雪上雨事件增加［41，43-44］，这与北极对流层气温的升高趋势非常一致。在这种快速升温背景下，北极冰冻圈发生了剧烈变化，下文从海冰、冰盖和冰川、多年冻土和积雪分别进行介绍。

1.1　海冰变化

海冰是北极冰冻圈广泛分布的要素之一。自1979年有卫星监测以来，多次记录到创纪录的海冰范围低值［45-47］。2020年北极报告指出［34］，1979—2020年9月北极平均海冰范围变化速率为-8.27×104 km2·（10a）-1，3月变化速率为-4.04×104 km2·（10a）-1。其中3月海冰范围减少以喀拉海和巴伦支海最为显著，9月海冰范围减少大值区位于楚科奇海、东西伯利亚海，一直向西至拉普捷夫海、喀拉海和巴伦支海［48］（图2）。同时，1975—2012年北冰洋中心区平均海冰厚度从3.6 m减少到1.3 m［49］。2010—2017年CS-2反演的海冰厚度在结冰期减小速率约为0.3 m·（10a）-1［50］。海冰体积总体也呈下降趋势，2003—2018年冬季和秋季海冰体积损失速率分别为2 870 km3·（10a）-1和5 130 km3·（10a）-1［45］。此外，海冰正在从多年冰向季节冰转变［51］，多年冰向季节冰转变使得开阔水域增加，在80° N以北区域，融池的形成已有变早的趋势［52］，这使得下垫面吸收的太阳热量比以往多，加剧了极低海冰范围出现的可能性。尽管在年代际尺度上海冰范围、厚度、年龄都在减少，但海冰变化还存在较大年际差异，2010—2017年在北极盆地中部以及加拿大群岛附近发现了海冰厚度以及多年冰增加的趋势［50］。

图2

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图2   1979—2020年北极海冰变化趋势

Fig.2   Trends of Arctic sea ice during 1979—2020： time series of the average sea ice extent in September/March for 1979—2020 （The figures are from NSIDC） （a/c）， and maps of linear trends of sea ice concentration in the Arctic for 1982—2017 in September/March［10］ （b/d）


1.2　冰盖和冰川变化

格陵兰冰盖是地球第二大冰盖，占全球陆地面积的1.2%。根据IPCC最新报告，格陵兰冰盖完全消融将导致全球海平面上升7.36 m［10］。由于表面物质平衡减小和冰流量的增加，格陵兰冰盖的物质损失持续加速。1983—2003年物质损失速率为（73.8±40.5） Gt·a-1［10］（1 Gt=109 t），而2002—2019年为（267±3） Gt·a-1，相当于全球平均海平面上升速率为0.7 mm·a-1［51］。2019年创纪录的冰盖融化相当于全球海平面上升约1.5 mm［34］，其中表面融化和地表径流增加导致的表面物质平衡减小是格陵兰冰盖物质损失的主要原因［10］。

在格陵兰岛以外的北极地区，当前冰川物质损失速率比过去4 000年任何时候都要快，2002—2019年期间冰川总体物质损失为（164±23.8） Gt·a-1，相当于全球平均海平面上升速率为0.4 mm·a-1［34］。在此期间冰川物质损失存在区域差异（图3），阿拉斯加和加拿大北极地区物质损失最大，分别为（66±10） Gt·a-1和（63±8.2） Gt·a-1，其次为俄罗斯北极地区（14±3.2） Gt·a-1、斯瓦尔巴群岛（12±0.6） Gt·a-1，冰岛为（9±1.8） Gt·a-1，而挪威地区冰川变化趋势不大［34］。

图3

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图3   北极冰盖和冰川物质平衡变化［53］

Fig.3   Greenland Ice Sheet and glaciers mass balance changes in the Arctic［53］


1.3　积雪和多年冻土变化

积雪和多年冻土直接影响北极地表能量平衡和水分平衡。从长期趋势来看，北极陆地积雪范围呈减小趋势，其中1981—2020年间下降趋势最为显著，5月和6月北极积雪范围的变化速率为（-3.7±2.0）%·（10a）-1和（-15.5±6.1）%·（10a）-1，下降趋势在欧亚北极和北美北极均较为显著［34］。积雪与气温关系密切，春季气温每升高1 ℃，积雪覆盖面积将减少约80×104 km2［10］。积雪范围的变化还与积雪深度密切相关，总体来说较厚雪层（≥35 cm）覆盖范围在缩小，而浅雪（<35 cm）的覆盖范围在扩张，这在北美北极地区更为显著［54］。就积雪深度而言，北极大部分地区均呈减少趋势但存在区域差异，积雪深度往往在较为温暖的沿海地区（如阿拉斯加、斯堪的纳维亚、俄罗斯东欧地区和波罗的海等）减少幅度更大［55］。此外，积雪日数也呈减少趋势。积雪日数与融雪开始时间和融化持续时间相关，欧亚北极地区1979—2011年融雪开始时间以2~3 d·（10a）-1的速率提前，而在北美北极地区变化不大［56］。

北极地区多年冻土温度显著升高，多年冻土范围萎缩，活动层厚度增加［57］。根据站点监测数据，2007—2016年间，北极多年冻土温度上升的速率为（0.4±0.2） ℃·（10a）-1［10］。2001—2017年泛北极地区约有78.4%的多年冻土区域活动层厚度呈增加趋势，但存在较大空间异质性，在加拿大西北部和俄罗斯中西伯利亚高原中部地区增长速率最明显，达到0.5~1 mm·a-1；而在加拿大的哈得孙湾沿岸、拉布拉多高原，俄罗斯的东西伯利亚北部和中西伯利亚北部、贝加尔湖以东区域则以减少为主［58］。

2 未来冰冻圈变化预估

第五/六次国际耦合模式比较计划（CMIP5/CMIP6）的多模式结果显示，未来北极还将继续增温增湿［3，26，59-60］。与1986—2005年的平均状态相比，到21世纪末，在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种排放情景下（SSP为共享社会经济路径），北极平均增温分别为3 ℃、5 ℃和10 ℃左右，增温幅度远大于全球和北半球平均值（图4）。增温在冷季（12月至次年2月）最强，区域上以巴伦支海—喀拉海最为显著，北大西洋的亚极地地区增温幅度相对较小。在夏季，北极陆地区域的增温幅度大于海洋区域，冬季则反之（图5）。同时，三种情景下未来降水量也有所增加，在SSP5-8.5情景下，未来近期（2021—2040年）、中期（2041—2060年）和远期（2081—2100年）降水相比1986—2005年分别增加12.6%、22.0%和49.7%。降水增加高值区在楚科奇海—东西伯利亚海—拉普捷夫海—喀拉海—巴伦支海一带（图5）。降水量变化的空间格局与近地表气温有较好的一致性，表明热力效应比动力效应对于降水的变化更重要。除了降水量的增加，降水的持续时间和雨雪比例也在增加［59］，这也导致了未来积雪天数的减少，预计RCP8.5情景下到21世纪中叶积雪天数将减少10%~20%［1］。

图4

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图4   1979—2020年全球/北半球/北极平均近地表气温距平时间序列（ERA5）（a）及1986—2100年全球/北半球/北极平均近地表气温在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下相比于1986—2005年平均值增温（22个CMIP6模式集合平均结果）［37］（b~d）（**表示在95%置信水平下显著）

Fig.4   Time series and trends of Arctic， Northern Hemisphere and global near-surface mean air temperature anomalies during 1979—2020 relative to the whole period mean （ERA5） （a）， and time series of Arctic， Northern Hemisphere and global near-surface mean air temperature during 1986—2100 relative to the period 1986—2005 from the multi-model ensemble mean （MMEM） of the 22 CMIP6 models under the three Shared Socioeconomic Pathways （SSPs）： SSP1-2.6， SSP2-4.5 and SSP5-8.5［37］ （b~d） （Symbols ** are significant at the 95% confidence level）


图5

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图5   与历史时期（1986—2005年）相比，近期（2021—2040年）、中期（2041—2060年）和远期（2081—2100年）北极年平均近地表气温变化（℃）与年降水量变化（%）的空间分布（根据22个CMIP6模式在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的集合平均结果计算［38］）

Fig.5   Spatial patterns of near-surface mean air temperature and precipitation changes in the Arctic in the near-term （2021—2040）， mid-term （2041—2060） and long-term （2081—2100） relative to the reference period （1986—2005） （The projections were obtained from the multi-model ensemble mean of the 22 CMIP6 models under the SSP1-2.6， SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios［38］）


在增温增湿的背景下，未来北极海冰退缩加剧［61］，季节性海冰变得更薄，并且更加具有移动性［6，26，59］。如果全球变暖超过工业化前2 ℃，北冰洋夏季无冰现象可能5年发生一次［62］，在SSP5-8.5情景下，预计在2050年之前，北极将完全达到夏季无冰状态［61］。同时，冰盖和冰川物质损失进一步加剧［63-64］，根据CMIP5模式预估结果，格陵兰冰盖在RCP4.5和RCP8.5情景下，21世纪末表面物质平衡分别为（-5±80） Gt·a-1和（-313±102） Gt·a-1［64］。到2100年，格陵兰冰盖对全球平均海平面上升的贡献在所有CMIP5模式和情景下的范围为1.4~16.6 cm［10］。在RCP8.5情景下，到21世纪末冰川物质损失超过70%的地区有阿拉斯加（89±2）%、斯堪的纳维亚（98±3）%和俄罗斯北极地区（79±10）%，格陵兰和加拿大北极地区分别为（31±5）%和（47±3）%［63］。除此之外，北极陆地积雪期在21世纪末减少15%~25%（RCP8.5）［10］。多年冻土持续融化，预计到2100年，在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下分别损失2%~66%、15%~87%、30%~99%［10］。作为巨大的碳储存库，在高排放情景下预计到21世纪末，多年冻土融化的潜在碳释放量将达到（92±17） Pg。最新研究显示在RCP4.5情景下，20%的多年冻土会快速解冻，这会使北极多年冻土的碳排放量比先前增加1倍［65］。

3 北极冰冻圈变化的影响

3.1　对北极区域的影响

在快速增暖的背景下，冰冻圈相关的物质输送和能量调节发生剧烈变化，对其他圈层（大气圈、水圈、岩石圈和生物圈）产生深远影响（图6）。

图6

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图6   北极冰冻圈变化及其影响示意图［37］

Fig.6   Schematic diagram of changes and impacts of the Arctic cryosphere［37］


北极冰冻圈变化通过影响北极的能量平衡影响大气，另外冰冻圈中储存的碳释放到大气中将进一步加剧北极增暖。海冰和冰盖的融化会使表面反照率降低，吸收的太阳短波辐射增加从而导致气温升高，进一步使边界层稳定性减弱、逆温层减弱，大气厚度增加，对流层低层气压升高，更有利于北极涛动/北大西洋涛动（AO/NAO）负位相的出现［24］。需要指出的是，大气对海冰的响应在大西洋和太平洋扇区截然不同，大西洋扇区大气响应主要为直接的负位相响应，而在太平洋扇区大气响应主要为正位相响应［24］。其中，秋冬季北极海冰尤其是巴伦支海—喀拉海的海冰减少，会引起局地湍流热通量增加，激发瞬变的、局地的、直接的大气响应，改变大气的斜压性以及行星波，同时通过对流层-平流层相互作用导致平流层极涡减弱，造成AO/NAO负位相［4，66］。多年冻土是巨大的碳储存库，前文提到多年冻土融化会释放大量的碳，这会在一定程度上加剧温室效应［67］。

北极海冰和格陵兰冰盖融化对海洋的主要影响包括导致海平面上升、增加海洋淡水和改变温盐平衡［10］。以海冰为例，海冰的盐度只有0.6%~6%，因此海冰的冻融过程直接决定海表的盐度，对水体的密度和分层起着关键作用［68］。此外，北极海冰会在穿极漂流的作用下向极区外漂移，海冰融化导致更多淡水输入到海洋，使大洋表层尤其是北大西洋表层水密度和深层对流减弱［69-70］。北极陆地积雪融化会通过河流输送大量淡水到北冰洋，目前每年通过河流输入北冰洋的淡水径流达5 300 km3，这也是北极最大的淡水来源［68］。在北极增暖背景下，多年冻土的水文效应也日益显著，但目前对于多年冻土影响的定量研究还较少。

北极冰冻圈变化对岩石圈的影响主要在于加剧了海岸地区的侵蚀和破坏。由于北极沿岸多年冻土区都是含冰量较高的沉积低地，对气候变化极为敏感［71］。随着海冰的融化，海浪对海岸的冲击作用加剧，加之北极增暖背景下沿岸多年冻土的退缩，北冰洋沿岸的地表稳定性下降，海岸侵蚀作用增强。相关研究指出，环北极地区每年因海岸侵蚀而损失的土地面积约51 km2［72］。

除了上述影响，北极冰冻圈变化还将通过改变北极陆地土壤的水热和养分循环以及海洋的物理特性（如透光性、温度和咸度）和物理过程（如海气交换），影响陆地和海洋生态系统［73-75］。气温的升高以及积雪、多年冻土和冰川的融化导致北极陆地植被生长季延长，有利于北极植被生长［1］。最近的研究发现北极有变绿的趋势［76］，这导致地表反照率降低，进而对土壤升温和植被生长产生正反馈［77-78］。随着冰冻圈退缩，海洋温度、光照条件和营养水平的变化，一些浮游植物和藻类的生活习性发生改变［79］，海洋上层和海洋底栖生物有向极地迁移的趋势［75］。同时，一些哺乳动物的栖息地遭到破坏，鱼类和贝类种类的丰度下降［80-81］，这导致北极食物链结构与功能发生改变［75］。除此之外，海冰范围的减小有利于北极航道的开通，尤其是东北航道的适航性明显提高［82-84］。据研究1979—2005年常规船舶9月在东北航道的适航率为40%或更低，2006—2015年提高到61%~75%，预估2040—2059年有望提高到94%~98%［82］，这大大促进了人类在北极的活动。

3.2　海冰减少对中纬度地区极端天气气候事件的影响

北极是影响北半球中纬度天气气候的关键区域之一，随着北极海冰减少和增暖的加剧，北极与中低纬度之间的联系加强，通过大气动力和热力过程影响中纬度地区极端天气、气候事件的发生频率、持续时间和强度［4，23，85-86］。近几十年北极增暖与中纬度地区冬季变冷趋势同时出现，被称为“暖北极-冷大陆型”，目前的研究表明北极不同区域的海冰异常可以促使中纬度地区产生不同区域性响应［4，23，87］。其中中纬度地区的变冷以欧亚大陆最为明显，伴随西伯利亚高压增强，因此又被称为“暖北极-冷西伯利亚型”［88］。这一现象可归因于前期秋季巴伦支海—喀拉海的海冰融化导致的海洋热通量增加，低层大气异常增暖，从而引起斜压波活动增加和罗斯贝波振幅加大，促进了阻塞的发展和寒潮爆发［4，88-91］。此外楚科奇海—东西伯利亚海海冰异常和增暖主要影响北美大陆冬季严寒，加拿大北极群岛—巴芬湾—格陵兰岛海冰异常和增暖促进欧洲、西伯利亚及北美东部（程度较轻）冬季寒潮的爆发［23，91］。关于其中的机制，前人研究将连接北极与中纬度冬季天气气候的大气动力途径总结为三种：风暴轴、急流和行星波［4］（图7）。首先，AO/NAO相位变化将影响风暴轴。AO/NAO偏向于负位相时，引起风暴轴向赤道方向移动［4］，导致冬季欧亚大陆和北美东部的严寒，而北极地区相对较暖［46］。极地急流是联系北极变化与中高纬度极端天气的另一重要途径。北极增暖导致经向温度梯度减小，通过热成风原理造成对流层上层西风减弱，经向环流增强，增加中纬度阻塞高压发生发展的可能性，导致天气系统缓慢东移甚至变成准定常状态，中纬度天气系统持续时间更长［92］。同时北极增暖使得极地大气层增厚，气压脊向北延伸，气流南北振幅增大，从而导致欧亚大陆极端低温和美国东部极端暴雪等天气事件频发［24，93］。第三种途径是欧亚大陆大尺度行星波的变异。海冰减少会通过影响欧亚大陆积雪从而影响高纬行星波结构［4］。北冰洋湿度增加导致欧亚大陆秋季积雪增多［94］，由于积雪的隔热效应和反照率反馈作用，欧亚大陆北部地区形成异常高压，导致大西洋地区的AO/NAO相位为负，中纬度极端气候事件加剧［24，95］。除了冬季，北极气候变化对中纬度天气的影响在夏季也有表现，夏季向极温度梯度的减弱有利于中纬度地区极端高温事件的发生［96］。前人总结了北极放大与夏季中纬度天气气候联系的几种机制，包括风暴轴的减弱、中纬度急流纬向位置的移动和全球波列振幅的加大［96］，与前述冬季的几种机制相对应。

图7

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图7   北极冰冻圈变化影响中纬度天气气候的三种主要大气动力途径： 风暴轴、急流和行星波［4］

Fig.7   Three major dynamical features for Arctic cryosphere changes influencing Northern Hemisphere mid-latitude weather： storm tracks， jet stream， and planetary wave［4］


尽管北极增暖与中纬度低温的联系在观测结果中得到了广泛的证明［4，97］，但近几年，对该观点的质疑增加［23］。争议主要集中在以下两方面：北极变化是否影响中纬度天气气候，以及近20年来冬季中纬度低温受什么影响。最近的研究指出，20世纪80年代末到21世纪10年代初北极与中纬度相关气候要素的短期变化趋势确实能够反映北极变化与中纬度地区寒冬的联系，但从长期趋势来看，北极海冰的减少和北极增暖在持续，1989—2012年中纬度地区的寒冷天气明显增多，但在2012年之后中纬度地区的寒冷天气总体呈下降趋势［22］（图8）。这说明面对长期且型态相似的北极少冰趋势，其与中纬度的联系逐渐减弱，中纬度大气环流和气温的响应发生了转变，相应的物理机制也可能发生了改变。另外，简单的统计联系并不能证明因果联系，需要利用数值模式进行模拟验证，而数值模拟结果反映出的中纬度大气环流和气温对北极变化的响应比观测结果要弱得多［23，89，98-99］。许多模式研究结果也并不一致，这种不一致性可能源于大气环流模式与耦合模式之间的差异、不同模式之间的差异以及模式设计方案的差异。除了外强迫因子，大气内部变率也是影响中纬度低温的重要因子，近些年越来越多的研究支持大气内部变率主导中纬度变化这个观点［100-101］，说明北极与中纬度联系愈加复杂。

图8

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图8   1979—2019年海冰变化及其对中纬度地区造成的可能影响的相关指标时间序列（1988—2011年以灰色阴影突出显示）［22］（海冰范围和北极放大指数是秋季和冬季的平均值，其他指数均为冬季平均值；粗线表示在95％置信水平下显著）

Fig.8   Time series of relevant indicators of sea ice changes and its possible impact on mid-latitude from 1979 to 2019 （The period of 1988—2011 is highlighted by gray shading）［22］ （Sea ice extent and Arctic amplification indices are averages for autumn and winter， whereas all other indices are for winter； The trends of thicker lines are significant at the 95% confidence level）


4 研究展望

4.1　提高北极地区监测能力，发展高性能耦合模式

可靠的资料是研究北极气候系统变化趋势及其机制的基础，观测资料的缺乏是目前北极研究中比较大的问题。虽然一些研究已经通过插值和其他统计方法填补了北极观测数据的空白［102-103］，但插值质量以及分辨率还有待进一步提高。随着数值模式的发展，气候模式已经成为了解北极气候变化及其影响的主要工具之一。然而，根据对CMIP3到CMIP6模式在北极模拟能力的评估，模式在对北极气温、海冰、云和辐射等方面的模拟上仍然存在较大偏差［26，38，45，104-109］。除了对这些要素和指标上的刻画不足，模式在冰气耦合的模拟上也存在不一致性，其来源主要包括模式对海冰的范围和厚度，开放水域状态和平流层-对流层耦合模拟的差异，以及模式在海洋和大气背景状态和参数化方案的不同［27，110］。考虑到北极影响中纬度机制中有对流层-平流层耦合机制，大多数低顶模式不能很好地刻画平流层过程，往往导致平流层极涡减弱被高估，而高顶以及高分辨率模式能够较好反映对流层-平流层相互作用，从而能够再现观测中的中纬度低温［111］。因此在未来的研究中，一方面需要加强对北极的监测能力，综合海-陆-空监测，形成更密更完整的监测网。另一方面要加强使用高顶、高分辨率、高性能的耦合模式，增强模式在北极多圈层相互作用的模拟能力，并进行多模式多集合分析，提高对各个气候要素模拟的准确性，进而提高未来预估的可靠性。

4.2　深化北极增暖机理及对冰冻圈变化影响研究

在北极快速增暖背景下，北极冰冻圈各要素发生剧烈变化，而冰冻圈变化也会产生各种反馈进一步作用于北极增暖，理解北极增暖机理是掌握冰冻圈变化规律及其原因的基础。北极增暖机理目前总体上包括局地反馈（冰雪反照率反馈、普朗克反馈、温度递减率反馈、云和水汽反馈、植被-大气-海冰反馈等）以及海洋和大气向极热量和水汽输送［21，24，78］。尽管这些反馈过程都已被证实在北极气候变化中存在一定作用，但一些机制以及每种因素的相对贡献尚存争议，表2列出了目前对于各个反馈相对贡献的一些观点。此外，最近的一些研究开始从定量角度对各个反馈的贡献进行定量分析［112-113］，也产生了不一致的结论。如Goosse等［112］通过定量手段认为海冰反照率反馈和大气温度反馈是影响北极增暖的最主要因素，而Boeke等［106］认为随着北极向下长波辐射的增多，云-向下长波辐射反馈是导致北极增暖最重要的因素。Gao等［113］从能量平衡角度进行定量讨论，认为反照率和长波辐射变化均是导致北极增暖的主要因素。气候系统是高度耦合且复杂的整体，不同要素之间存在互馈和连锁反应。如向极热量和水汽输送的增加会改变北极的云和水汽，增加向下长波辐射，导致北极增暖和海冰的消融，海冰的消融又会通过局地反馈进一步影响北极气候系统其他要素［97］，而北极云增多是增强还是减弱了北极气候系统变化也存在不一致的观点［21］。因此，目前很难评估多个反馈效应的综合影响、每个反馈的贡献大小以及它们之间的因果关系。此外，每种机制在不同时间尺度、不同季节和不同区域的作用缺乏系统讨论。因此，在未来研究中需要着重回答影响北极气候变化的主导机制、各个机制的相对贡献以及在不同时空尺度上的差异等问题。

表2   不同驱动机制对北极放大作用的贡献［21］

Table 2  Contribution of different driving mechanisms to the Arctic amplification［21］

数据和方法观 点文献来源
CMIP5模式统计海冰反照率反馈是关键因素，其他因素通过海冰间接影响［114］
数值模拟海冰反照率反馈的贡献约40%，温度递减率反馈的贡献约15%［115］
数值模拟海冰反照率贡献最大，其次是云反馈［116］
再分析数据统计秋季海冰减少对冬季增温起到很大贡献［117］
CMIP5模式统计/数值模拟大气温度反馈的作用最大，其次是海冰反照率反馈［118］
CMIP5模式统计/数值模拟海冰反照率反馈和大气温度反馈是主要贡献［112］
再分析数据统计海冰反照率和长波辐射的变化是主要贡献［113］
CMIP5模式统计长波辐射的变化是主要贡献［106］
遥感/再分析数据统计云和水汽反馈是春季增暖的主要因素［119］
观测/数值模拟植被-大气-海冰相互作用产生的正反馈起重要作用［78，120］
数值模拟PDO和AMO调制作用共同主导北极气温放大［121］
CMIP5模式统计/数值模拟热带太平洋海温异常影响NAO，从而影响格陵兰岛等地区增温［122］
CMIP5模式统计/数值模拟PNA正位相使得北极西部对流层低层气温增加，加速海冰融化［123］

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4.3　加强北极冰冻圈变化与中纬度天气气候联系研究

如前文所述，目前对于北极冰冻圈变化影响中纬度天气气候还存在很大争议，统计关系指出两者的关系正在减弱，继续依靠过去北极变化的短期趋势作为中纬度影响因子和前兆因子是不充分的，而数值模拟得出的结论存在很大不一致性。值得注意的是，北极海冰变化的影响具有强烈的非线性特征，即相似的海冰强迫可能会导致不同的大气环流响应，相反的海冰强迫可能导致相似的大气环流响应，这源于大气环流响应有明显的非线性特征［124］，不同区域、不同强度、不同季节的海冰也会产生各种各样的影响［125-126］。其次，北极与中纬度之间的联系还受到大气背景环流和海温背景态的强烈影响，即在不同的背景态下，相同的北极强迫会导致不同的中纬度响应［27］。北极海冰变化对中纬度天气、气候的影响程度和过程以及两者的因果关系还需要进一步研究。鉴于此，未来需要结合更长的观测资料，利用更多更优性能的模式进行数值实验，对其中联系和机制进行进一步分析和验证。进行多数据、多模式、多集合成员、多方法的集成研究是未来需要重点关注的方向。

5 结论

本文总结了北极快速增暖背景下已知的冰冻圈变化过程及影响。当前北极气温正以高出全球平均2倍的速率快速上升，其中冷季的升温速率明显大于暖季，北极海洋增温幅度大于北极陆地。降水自1961年以来总体呈增加趋势，并且变率和不确定性较大，降水相态从降雪向降雨转变。预估未来北极气温和降水将进一步增加，且降水增加的空间模态与气温类似。在这种快速升温背景下，北极冰冻圈变化显著，海冰、冰盖、冰川、积雪和多年冻土在加速退缩，包括海冰面积的减小、海冰厚度减薄以及多年冰向季节冰的转变；冰盖和冰川物质损失加剧，并且存在空间异质性；积雪面积和积雪深度持续减小；多年冻土温度升高、多年冻土范围减小以及活动层厚度的增加。在未来增温增湿背景下，上述变化将加剧，高浓度排放情景下，预计到21世纪中叶，北极将达到夏季无冰状态。北极冰冻圈变化对北极气候系统各个圈层均产生深远影响，包括通过影响北极能量平衡促进北极增暖，激发局地大气响应；导致海平面上升，影响海洋温盐平衡以及淡水输入；加剧北极沿岸侵蚀和破坏；影响北极生态系统平衡等。此外，冰冻圈变化还能通过大尺度大气环流对北半球中纬度地区的天气气候产生影响。同时，当前研究还存在很多不足和争议，观测资料稀少、模式模拟不确定性较大导致冰冻圈变化研究存在较大局限性，冰冻圈变化的影响和机制研究多以定性为主，并且存在因果关系不明确等问题，未来需要加强北极冰冻圈的监测，发展高性能模式，利用多源数据进行冰冻圈变化研究，结合多种手段开展冰冻圈影响的定量研究。

谨以此文，纪念李吉均院士！

参考文献

Wang Kang， Zhang Yanjun， Mu Cuicui.

From the Third Pole to the Arctic： changes and impacts of the climate and cryosphere

［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2020， 42（1）： 104-123.

[本文引用: 4]

王康， 张延军， 牟翠翠.

从第三极到北极： 气候与冰冻圈变化及其影响

［J］. 冰川冻土， 2020， 42（1）： 104-123.

[本文引用: 4]

Screen J A， Simmonds I.

The central role of diminishing sea ice in recent Arctic temperature amplification

［J］. Nature， 2010， 464（7293）： 1334-1337.

[本文引用: 5]

IPCC. Climate change 2013： the physical science basis： contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change［M］. Cambridge， UK： Cambridge University Press， 2013.

[本文引用: 2]

Cohen J， Screen J A， Furtado J C， et al.

Recent Arctic amplification and extreme mid-latitude weather

［J］. Nature Geoscience， 2014， 7（9）： 627-637.

[本文引用: 12]

Box J E， Colgan W T， Christensen T R， et al.

Key indicators of Arctic climate change： 1971-2017

［J］. Environmental Research Letters， 2019， 14（4）： 045010.

[本文引用: 1]

Stroeve J， Notz D.

Changing state of Arctic sea ice across all seasons

［J］. Environmental Research Letters， 2018， 13（10）： 103001.

[本文引用: 2]

Mouginot J， Rignot E， Bjork A A， et al.

Forty-six years of Greenland Ice Sheet mass balance from 1972 to 2018

［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2019， 116（19）： 9239-9244.

[本文引用: 1]

Pattyn F， Ritz C， Hanna E， et al.

The Greenland and Antarctic Ice Sheets under 1.5 degrees C global warming

［J］. Nature Climate Change， 2018， 8（12）： 1053-1061.

[本文引用: 1]

Portnov A， Vadakkepuliyambatta S， Mienert J， et al.

Ice-sheet-driven methane storage and release in the Arctic

［J］. Nature Communications， 2016， 7： 10314.

[本文引用: 1]

IPCC.

IPCC special report on the ocean and cryosphere in a changing climate

［R］. Geneva， Switzerland： IPCC， 2019.

[本文引用: 11]

Zhang R N， Sun C H， Zhu J S， et al.

Increased European heat waves in recent decades in response to shrinking Arctic sea ice and Eurasian snow cover

［J］. npj Climate and Atmospheric Science， 2020， 3（1）： 7.

[本文引用: 1]

Tang Q， Zhang X， Francis J A.

Extreme summer weather in northern mid-latitudes linked to a vanishing cryosphere

［J］. Nature Climate Change， 2014， 4（1）： 45-50.

Deng K， Jiang X， Hu C， et al.

More frequent summer heat waves in southwestern China linked to the recent declining of Arctic sea ice

［J］. Environmental Research Letters， 2020， 15（7）： 074011.

[本文引用: 1]

Wu Z， Li X， Li Y， et al.

Potential influence of Arctic sea ice to the interannual variations of East Asian spring precipitation

［J］. Journal of Climate， 2016， 29（8）： 2797-2813.

[本文引用: 1]

Liu J P， Curry J A， Wang H J， et al.

Impact of declining Arctic sea ice on winter snowfall

［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2012， 109（11）： 4074-4079.

[本文引用: 1]

Li F， Wan X， Wang H， et al.

Arctic sea-ice loss intensifies aerosol transport to the Tibetan Plateau

［J］. Nature Climate Change， 2020， 10（11）： 1037-1044.

[本文引用: 1]

Wu Bingyi.

Two extremely cold events in East Asia in January of

2012 and 2016 and their possible associations with Arctic warming［J］. Transactions of Atmospheric Sciences， 2019， 42（1）： 14-27.

[本文引用: 1]

武炳义.

2012年1月、2016年1月东亚两次极端严寒事件及其与北极增暖的可能联系

［J］. 大气科学学报， 2019， 42（1）： 14-27.

[本文引用: 1]

Cheng Enfu， Li Jing.

Analysis of maritime cooperation under the Belt and Road Initiative from the perspective of international political economics

［J］. Journal of Management， 2021， 34（1）： 1-12.

[本文引用: 1]

程恩富， 李静.

“一带一路”建设海上合作的国际政治经济学分析

［J］. 管理学刊， 2021， 34（1）： 1-12.

[本文引用: 1]

McBean G A， Alekseev G， Chen Deliang， et al.

Chapter 2： Arctic climate： past and present

［M］// Arctic climate impact assessment. Cambridge， UK： Cambridge University Press， 2005： 22-60.

[本文引用: 1]

Kattsov V M， Källén E， Cattle H， et al.

Chapter 4： modeling and scenarios for the Arctic

［M］// Arctic climate impact assessment. Cambridge， UK： Cambridge University Press， 2005： 99-150.

[本文引用: 1]

Wu Fengmin， Li Wenkai， Li Wei.

Causes of Arctic amplification： a review

［J］. Advances in Earth Science， 2019， 34（3）： 232-242.

[本文引用: 7]

武丰民， 李文铠， 李伟.

北极放大效应原因的研究进展

［J］. 地球科学进展， 2019， 34（3）： 232-242.

[本文引用: 7]

Blackport R， Screen J A.

Weakened evidence for mid-latitude impacts of Arctic warming

［J］. Nature Climate Change， 2020， 10（12）： 1065-1066.

[本文引用: 3]

Cohen J， Zhang X， Francis J， et al.

Divergent consensuses on Arctic amplification influence on midlatitude severe winter weather

［J］. Nature Climate Change， 2020， 10（1）： 20-29.

[本文引用: 6]

Vihma T.

Effects of Arctic sea ice decline on weather and climate： a review

［J］. Surveys in Geophysics， 2014， 35（5）： 1175-1214.

[本文引用: 7]

Shu Q， Wang Q， Song Z， et al.

Assessment of sea ice extent in CMIP6 with comparison to observations and CMIP5

［J］. Geophysical Research Letters， 2020， 47（9）： e2020GL087965.

[本文引用: 1]

Davy R， Outten S.

The Arctic surface climate in CMIP6： status and developments since CMIP5

［J］. Journal of Climate， 2020， 33（18）： 8047-8068.

[本文引用: 3]

Screen J A， Deser C， Smith D M， et al.

Consistency and discrepancy in the atmospheric response to Arctic sea-ice loss across climate models

［J］. Nature Geoscience， 2018， 11（3）： 155-163.

[本文引用: 4]

Bekryaev R V， Polyakov I V， Alexeev V A.

Role of polar amplification in long-term surface air temperature variations and modern Arctic warming

［J］. Journal of Climate， 2010， 23（14）： 3888-3906.

[本文引用: 3]

Huang J， Ou T， Chen D， et al.

The amplified Arctic warming in the recent decades may have been overestimated by CMIP5 models

［J］. Geophysical Research Letters， 2019， 46（22）： 13338-13345.

[本文引用: 2]

Chylek P， Folland C K， Lesins G， et al.

Arctic air temperature change amplification and the Atlantic Multidecadal Oscillation

［J］. Geophysical Research Letters， 2009， 36（14）： L14801.

[本文引用: 1]

Przybylak R， Wyszynski P.

Air temperature changes in the Arctic in the period 1951-2015 in the light of observational and reanalysis data

［J］. Theoretical and Applied Climatology， 2020， 139（1/2）： 75-94.

[本文引用: 2]

Serreze M C， Barrett A P， Stroeve J C， et al.

The emergence of surface-based Arctic amplification

［J］. The Cryosphere， 2009， 3（1）： 11-19.

[本文引用: 1]

Simmons A J， Poli P.

Arctic warming in ERA-Interim and other analyses

［J］. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society， 2015， 141（689）： 1147-1162.

[本文引用: 2]

Thoman R L， Richter-Menge J， Druckenmiller M L.

Arctic report card 2020

［R/OL］. Washington， D.C.： NOAA， 2020 ［2021-06-10］. .

URL     [本文引用: 6]

Thompson D W J， Seidel D J， Randel W J， et al.

The mystery of recent stratospheric temperature trends

［J］. Nature， 2012， 491（7426）： 692-697.

[本文引用: 1]

Bohlinger P， Sinnhuber B M， Ruhnke R， et al.

Radiative and dynamical contributions to past and future Arctic stratospheric temperature trends

［J］. Atmospheric Chemistry and Physics， 2014， 14（3）： 1679-1688.

[本文引用: 1]

You Q， Cai Z， Nick P， et al.

Warming amplification over the Arctic Pole and Third Pole： trends， mechanisms and consequences

［J］. Earth-Science Reviews， 2021， 217： 103625.

[本文引用: 7]

Cai Z， You Q， Wu F， et al.

Arctic warming revealed by multiple CMIP6 models： evaluation of historical simulations and quantification of future projection uncertainties

［J］. Journal of Climate， 2021， 34（12）： 4871-4892.

[本文引用: 5]

Serreze M C， Walsh J E， Chapin F S， et al.

Observational evidence of recent change in the northern high-latitude environment

［J］. Climatic Change， 2000， 46（1/2）： 159-207.

[本文引用: 1]

Han W， Xiao C， Dou T， et al.

Arctic has been going through a transition from solid precipitation to liquid precipitation in spring

［J］. Chinese Science Bulletin， 2018， 63（12）： 1154-1162.

[本文引用: 1]

Screen J A， Simmonds I.

Declining summer snowfall in the Arctic： causes， impacts and feedbacks

［J］. Climate Dynamics， 2012， 38（11/12）： 2243-2256.

[本文引用: 2]

Irannezhad M， Ronkanen A-K， Kiani S， et al.

Long-term variability and trends in annual snowfall/total precipitation ratio in Finland and the role of atmospheric circulation patterns

［J］. Cold Regions Science and Technology， 2017， 143： 23-31.

[本文引用: 1]

Hansen B B， Isaksen K， Benestad R E， et al.

Warmer and wetter winters： characteristics and implications of an extreme weather event in the High Arctic

［J］. Environmental Research Letters， 2014， 9（11）： 114021.

[本文引用: 1]

Berghuijs W R， Woods R A， Hrachowitz M.

A precipitation shift from snow towards rain leads to a decrease in streamflow

［J］. Nature Climate Change， 2014， 4（7）： 583-586.

[本文引用: 1]

Kwok R.

Arctic sea ice thickness， volume， and multiyear ice coverage： losses and coupled variability （1958-2018）

［J］. Environmental Research Letters， 2018， 13： 105005.

[本文引用: 3]

Overland J E， Wood K R， Wang M Y.

Warm Arctic-cold continents： climate impacts of the newly open Arctic Sea

［J］. Polar Research， 2011， 30： 15787.

[本文引用: 1]

Serreze M C， Holland M M， Stroeve J.

Perspectives on the Arctic’s shrinking sea-ice cover

［J］. Science， 2007， 315（5818）： 1533-1536.

[本文引用: 1]

Ke Changqing， Peng Haitao， Sun Bo， et al.

Spatio-temporal variability of Arctic sea ice from 2002 to 2011

［J］. Journal of Remote Sensing， 2013， 17（2）： 459-466.

[本文引用: 1]

柯长青， 彭海涛， 孙波， 等.

2002年-2011年北极海冰时空变化分析

［J］. 遥感学报， 2013， 17（2）： 459-466.

[本文引用: 1]

Lindsay R， Schweiger A.

Arctic sea ice thickness loss determined using subsurface， aircraft， and satellite observations

［J］. The Cryosphere， 2015， 9（1）： 269-283.

[本文引用: 1]

Ke Changqing， Wang Manman.

Seasonal and interannual variation of thickness and volume of the Arctic sea ice based on CryoSat-

during2010-2017［J］. Haiyang Xuebao， 2018， 40（11）： 1-13.

[本文引用: 2]

柯长青， 王蔓蔓.

基于CryoSat-2数据的2010-2017年北极海冰厚度和体积的季节与年际变化特征

［J］. 海洋学报， 2018， 40（11）： 1-13.

[本文引用: 2]

Richter-Menge J， Druckenmiller M L， Jeffries M， et al.

Arctic report card 2019

［R］. Washington， D.C.： NOAA， 2019.

[本文引用: 2]

Roesel A， Kaleschke L.

Exceptional melt pond occurrence in the years 2007 and 2011 on the Arctic sea ice revealed from MODIS satellite data

［J］. Journal of Geophysical Research： Oceans， 2012， 117： C05018.

[本文引用: 1]

AMAP.

Arctic climate change update 2021： key trends and impacts： summary for policy-makers

［R］. Tromso， Norway： Arctic Monitoring and Assessment Programme （AMAP）， 2021.

[本文引用: 2]

Hotaek P， Hironori Y， Tetsuo O.

Analysis of satellite and model datasets for variability and trends in Arctic snow extent and depth， 1948-2006

［J］. Polar Science， 2012， 6（1）： 23-37.

[本文引用: 1]

Liu Yijing， Sun Yanhua， Zhong Xinyue， et al.

Changes of snow cover in the Third Pole and the Arctic

［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2020， 42（1）： 140-156.

[本文引用: 1]

刘一静， 孙燕华， 钟歆玥， 等.

从第三极到北极： 积雪变化研究进展

［J］. 冰川冻土， 2020， 42（1）： 140-156.

[本文引用: 1]

Wang L， Derksen C， Brown R， et al.

Recent changes in pan-Arctic melt onset from satellite passive microwave measurements

［J］. Geophysical Research Letters， 2013， 40（3）： 522-528.

[本文引用: 1]

Biskaborn B K， Smith S L， Noetzli J， et al.

Permafrost is warming at a global scale

［J］. Nature Communications， 2019， 10： 264.

[本文引用: 1]

Cai Hongyan， Han Dongrui， Yang Linsheng， et al.

Spatiotemporal change in permafrost active layer thickness in the Pan-Arctic region

［J］. Journal of Remote Sensing， 2020， 24（8）： 1045-1057.

[本文引用: 1]

蔡红艳， 韩冬锐， 杨林生， 等.

泛北极地区多年冻土活动层厚度演变

［J］. 遥感学报， 2020， 24（8）： 1045-1057.

[本文引用: 1]

Landrum L， Holland M M.

Extremes become routine in an emerging new Arctic

［J］. Nature Climate Change， 2020， 10（12）： 1108-1115.

[本文引用: 3]

Bintanja R， van der Wiel K， van der Linden E C， et al.

Strong future increases in Arctic precipitation variability linked to poleward moisture transport

［J］. Science Advances， 2020， 6（7）： eaax6869.

[本文引用: 1]

Dirk N， Jakob D， Bailey D A， et al.

Arctic sea ice in CMIP6

［J］. Geophysical Research Letters， 2020， 47（10）： e2019GL086749.

[本文引用: 2]

Sigmond M， Fyfe J C， Swart N C.

Ice-free Arctic projections under the Paris Agreement

［J］. Nature Climate Change， 2018， 8（5）： 404-408.

[本文引用: 1]

Shannon S， Smith R， Wiltshire A， et al.

Global glacier volume projections under high-end climate change scenarios

［J］. The Cryosphere， 2019， 13（1）： 325-350.

[本文引用: 2]

Vizcaino M， Mikolajewicz U， Ziemen F， et al.

Coupled simulations of Greenland Ice Sheet and climate change up to AD 2300

［J］. Geophysical Research Letters， 2015， 42（10）： 3927-3935.

[本文引用: 2]

Turetsky M R， Abbott B W， Jones M C， et al.

Carbon release through abrupt permafrost thaw

［J］. Nature Geoscience， 2020， 13（2）： 138-143.

[本文引用: 1]

Jaiser R， Dethloff K， Handorf D.

Stratospheric response to Arctic sea ice retreat and associated planetary wave propagation changes

［J］. Tellus A： Dynamic Meteorology and Oceanography， 2013， 65： 11595.

[本文引用: 1]

van Huissteden J， Dolman A J.

Soil carbon in the Arctic and the permafrost carbon feedback

［J］. Current Opinion in Environmental Sustainability， 2012， 4（5）： 545-551.

[本文引用: 1]

Ding Yongjian， Zhang Shiqiang.

The hydrological impact of cryosphere water cycle on global-scale water cycle

［J］. Chinese Science Bulletin， 2015， 60（7）： 593-602.

[本文引用: 2]

丁永建， 张世强.

冰冻圈水循环在全球尺度的水文效应

［J］. 科学通报， 2015， 60（7）： 593-602.

[本文引用: 2]

Moore G W K， Vage K， Pickart R S， et al.

Decreasing intensity of open-ocean convection in the Greenland and Iceland seas

［J］. Nature Climate Change， 2015， 5（9）： 877-882.

[本文引用: 1]

Sevellec F， Fedorov A V， Liu W.

Arctic sea-ice decline weakens the Atlantic Meridional Overturning Circulation

［J］. Nature Climate Change， 2017， 7（8）： 604-610.

[本文引用: 1]

Wang Shijin， Xiao Cunde.

Global cryospheric disaster at high risk areas： impacts and trend

［J］. Chinese Science Bulletin， 2019， 64（9）： 891-901.

[本文引用: 1]

王世金， 效存德.

全球冰冻圈灾害高风险区： 影响与态势

［J］. 科学通报， 2019， 64（9）： 890-900.

[本文引用: 1]

Lantuit H， Overduin P P， Couture N， et al.

The Arctic coastal dynamics database： a new classification scheme and statistics on Arctic permafrost coastlines

［J］. Estuaries and Coasts， 2012， 35（2）： 383-400.

[本文引用: 1]

Nicolaus M， Katlein C， Maslanik J， et al.

Changes in Arctic sea ice result in increasing light transmittance and absorption

［J］. Geophysical Research Letters， 2012， 39（24）： L24501.

[本文引用: 1]

Rysgaard S， Bendtsen J， Delille B， et al.

Sea ice contribution to the air-sea CO2 exchange in the Arctic and Southern Oceans

［J］. Tellus B： Chemical and Physical Meteorology， 2011， 63（5）： 823-830.

Su Bo， Gao Xuejie， Xiao Cunde.

Interpretation of IPCC SR

1.5 on cryosphere change and its impacts［J］. Climate Change Research， 2019， 15（4）： 395-404.

[本文引用: 3]

苏勃， 高学杰， 效存德.

IPCC《全球

1.5 ℃增暖特别报告》冰冻圈变化及其影响解读［J］. 气候变化研究进展， 2019， 15（4）： 395-404.

[本文引用: 3]

Myers-Smith I H， Kerby J T， Phoenix G K， et al.

Complexity revealed in the greening of the Arctic

［J］. Nature Climate Change， 2020， 10（2）： 106-117.

[本文引用: 1]

Loranty M M， Berner L T， Goetz S J， et al.

Vegetation controls on northern high latitude snow-albedo feedback： observations and CMIP5 model simulations

［J］. Global Change Biology， 2014， 20（2）： 594-606.

[本文引用: 1]

Jeong J-H， Kug J-S， Linderholm H W， et al.

Intensified Arctic warming under greenhouse warming by vegetation-atmosphere-sea ice interaction

［J］. Environmental Research Letters， 2014， 9： 094007.

[本文引用: 3]

Ardyna M， Babin M， Gosselin M， et al.

Recent Arctic Ocean sea ice loss triggers novel fall phytoplankton blooms

［J］. Geophysical Research Letters， 2014， 41（17）： 6207-6212.

[本文引用: 1]

Fossheim M， Primicerio R， Johannesen E， et al.

Recent warming leads to a rapid borealization of fish communities in the Arctic

［J］. Nature Climate Change， 2015， 5（7）： 673-677.

[本文引用: 1]

Bailleul F， Lesage V， Power M， et al.

Migration phenology of beluga whales in a changing Arctic

［J］. Climate Research， 2012， 53（3）： 169-178.

[本文引用: 1]

Smith L C， Stephenson S R.

New Trans-Arctic shipping routes navigable by midcentury

［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2013， 110（13）： 1191-1195.

[本文引用: 2]

Cao Yunfeng， Yu Meng， Hui Fengming， et al.

Review of navigability changes in trans-Arctic routes

［J］. Chinese Science Bulletin， 2021， 66（1）： 21-33.

曹云锋， 于萌， 惠凤鸣， 等.

北极冰区通航能力变化研究进展

［J］. 科学通报， 2021， 66（1）： 21-33.

Melia N， Haines K， Hawkins E.

Sea ice decline and 21st century trans-Arctic shipping routes

［J］. Geophysical Research Letters， 2016， 43（18）： 9720-9728.

[本文引用: 1]

Deser C， Tomas R， Alexander M， et al.

The seasonal atmospheric response to projected Arctic sea ice loss in the late twenty-first century

［J］. Journal of Climate， 2010， 23（2）： 333-351.

[本文引用: 1]

Cohen J， Pfeiffer K， Francis J A.

Warm Arctic episodes linked with increased frequency of extreme winter weather in the United States

［J］. Nature Communication， 2018， 9（1）： 869.

[本文引用: 1]

Nakamura T， Yamazaki K， Sato T， et al.

Memory effects of Eurasian land processes cause enhanced cooling in response to sea ice loss

［J］. Nature Communication， 2019， 10（1）： 5111.

[本文引用: 1]

Inoue J， Hori M E， Takaya K.

The role of Barents Sea Ice in the wintertime cyclone track and emergence of a warm-Arctic cold-Siberian anomaly

［J］. Journal of Climate， 2012， 25（7）： 2561-2568.

[本文引用: 2]

Mori M， Kosaka Y， Watanabe M， et al.

A reconciled estimate of the influence of Arctic sea-ice loss on recent Eurasian cooling

［J］. Nature Climate Change， 2019， 9（2）： 123-129.

[本文引用: 1]

Luo H， Castelao R M， Rennermalm A K， et al.

Oceanic transport of surface meltwater from the southern Greenland Ice Sheet

［J］. Nature Geoscience， 2016， 9（7）： 528-533.

Kug J S， Jeong J H， Jang Y S， et al.

Two distinct influences of Arctic warming on cold winters over North America and East Asia

［J］. Nature Geoscience， 2015， 8（10）： 759-762.

[本文引用: 2]

Luo D H， Xiao Y Q， Yao Y， et al.

Impact of Ural blocking on winter warm Arctic-cold Eurasian anomalies. Part I： blocking-induced amplification

［J］. Journal of Climate， 2016， 29（11）： 3925-3947.

[本文引用: 1]

Francis J A， Vavrus S J.

Evidence linking Arctic amplification to extreme weather in mid-latitudes

［J］. Geophysical Research Letters， 2012， 39： L06801.

[本文引用: 1]

Brown R D， Derksen C.

Is Eurasian October snow cover extent increasing？

［J］. Environmental Research Letters， 2013， 8（2）： 024006.

[本文引用: 1]

Tang Q H， Zhang X J， Yang X H， et al.

Cold winter extremes in northern continents linked to Arctic sea ice loss

［J］. Environmental Research Letters， 2013， 8（1）： 45-50.

[本文引用: 1]

Coumou D， Di Capua G， Vavrus S， et al.

The influence of Arctic amplification on mid-latitude summer circulation

［J］. Nature Communication， 2018， 9（1）： 2959.

[本文引用: 2]

Cohen J， Zhang Xiangdong， Francis J， et al.

Arctic change and possible influence on mid-latitude climate and weather： US CLIVAR Report 2018-1

［R］. Washington， D.C.： US Climate Variability & Predictability Program， 2018.

[本文引用: 2]

Dai A G， Song M R.

Little influence of Arctic amplification on mid-latitude climate

［J］. Nature Climate Change， 2020， 10（3）： 231-237.

[本文引用: 1]

Blackport R， Screen J A， van der Wiel K， et al.

Minimal influence of reduced Arctic sea ice on coincident cold winters in mid-latitudes

［J］. Nature Climate Change， 2019， 9： 697-704.

[本文引用: 1]

Mccusker K E， Fyfe J C， Sigmond M.

Twenty-five winters of unexpected Eurasian cooling unlikely due to Arctic sea-ice loss

［J］. Nature Geoscience， 2016， 9（11）： 838-842.

[本文引用: 1]

Sun L， Perlwitz J， Hoerling M.

What caused the recent “Warm Arctic， Cold Continents” trend pattern in winter temperatures？

［J］. Geophysical Research Letters， 2016， 43（10）： 5345-5352.

[本文引用: 1]

Dodd E M A， Merchant C J， Rayner N A， et al.

An investigation into the impact of using various techniques to estimate Arctic surface air temperature anomalies

［J］. Journal of Climate， 2015， 28（5）： 1743-1763.

[本文引用: 1]

Huang J， Zhang X， Zhang Q， et al.

Recently amplified arctic warming has contributed to a continual global warming trend

［J］. Nature Climate Change， 2017， 7（12）： 875-879.

[本文引用: 1]

Chapman W L， Walsh J E.

Simulations of Arctic temperature and pressure by global coupled models

［J］. Journal of Climate， 2007， 20（4）： 609-632.

[本文引用: 1]

Hao M， Huang J， Luo Y， et al.

Narrowing the surface temperature range in CMIP5 simulations over the Arctic

［J］. Theoretical and Applied Climatology， 2018， 132（3/4）： 1073-1088.

Boeke R C， Taylor P C.

Seasonal energy exchange in sea ice retreat regions contributes to differences in projected Arctic warming

［J］. Nature Communication， 2018， 9（1）： 5017.

[本文引用: 2]

Barton N P， Klein S A， Boyle J S.

On the contribution of longwave radiation to global climate model biases in Arctic lower tropospheric stability

［J］. Journal of Climate， 2014， 27（19）： 7250-7269.

Karlsson J， Svensson G.

The simulation of Arctic clouds and their influence on the winter surface temperature in present-day climate in the CMIP3 multi-model dataset

［J］. Climate Dynamics， 2011， 36（3/4）： 623-635.

Shen Z L， Duan A M， Li D L， et al.

Assessment and ranking of climate models in Arctic sea ice cover simulation： from CMIP5 to CMIP6

［J］. Journal of Climate， 2021， 34（9）： 3609-3627.

[本文引用: 1]

Luo R， Ding Q， Wu Z， et al.

Summertime atmosphere-sea ice coupling in the Arctic simulated by CMIP5/6 models： importance of large-scale circulation

［J］. Climate Dynamics， 2021， 56（5/6）： 1467-1485.

[本文引用: 1]

Sun L， Deser C， Tomas R A.

Mechanisms of stratospheric and tropospheric circulation response to projected Arctic sea ice loss

［J］. Journal of Climate， 2015， 28（19）： 7824-7845.

[本文引用: 1]

Goosse H， Kay J E， Armour K C， et al.

Quantifying climate feedbacks in polar regions

［J］. Nature Communication， 2018， 9（1）： 1919.

[本文引用: 3]

Gao K， Duan A， Chen D， et al.

Surface energy budget diagnosis reveals possible mechanism for the different warming rate among Earth’s three poles in recent decades

［J］. Science Bulletin， 2019， 64（16）： 1140-1143.

[本文引用: 3]

Dai A G， Luo D H， Song M R， et al.

Arctic amplification is caused by sea-ice loss under increasing CO2

［J］. Nature Communications， 2019， 10： 121.

[本文引用: 1]

Graversen R G， Langen P L， Mauritsen T.

Polar amplification in CCSM4： contributions from the lapse rate and surface albedo feedbacks

［J］. Journal of Climate， 2014， 27（12）： 4433-4450.

[本文引用: 1]

Taylor P C， Cai M， Hu A， et al.

A decomposition of feedback contributions to polar warming amplification

［J］. Journal of Climate， 2013， 26（21）： 7023-7043.

[本文引用: 1]

Screen J A， Simmonds I.

Increasing fall-winter energy loss from the Arctic Ocean and its role in Arctic temperature amplification

［J］. Geophysical Research Letters， 2010， 37（16）： L16707.

[本文引用: 1]

Pithan F， Mauritsen T.

Arctic amplification dominated by temperature feedbacks in contemporary climate models

［J］. Nature Geoscience， 2014， 7（3）： 181-184.

[本文引用: 1]

Mortin J， Svensson G， Graversen R G， et al.

Melt onset over Arctic sea ice controlled by atmospheric moisture transport

［J］. Geophysical Research Letters， 2016， 43（12）： 6636-6642.

[本文引用: 1]

Jeong J-H， Kug J-S， Kim B-M， et al.

Greening in the circumpolar high-latitude may amplify warming in the growing season

［J］. Climate Dynamics， 2012， 38（7/8）： 1421-1431.

[本文引用: 1]

Tokinaga H， Xie S P， Mukougawa H.

Early 20th-century Arctic warming intensified by Pacific and Atlantic multidecadal variability

［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2017， 114（24）： 6227-6232.

[本文引用: 1]

Ding Q H， Wallace J M， Battisti D S， et al.

Tropical forcing of the recent rapid Arctic warming in northeastern Canada and Greenland

［J］. Nature， 2014， 509（7499）： 209-212.

[本文引用: 1]

Liu Z， Risi C， Codron F， et al.

Acceleration of western Arctic sea ice loss linked to the Pacific North American pattern

［J］. Nature Communications， 2021， 12（1）： 1519.

[本文引用: 1]

Chen H W， Zhang F， Alley R B.

The robustness of midlatitude weather pattern changes due to Arctic sea ice loss

［J］. Journal of Climate， 2016， 29（21）： 7831-7849.

[本文引用: 1]

Screen J A.

Simulated atmospheric response to regional and pan-Arctic sea ice loss

［J］. Journal of Climate， 2017， 30（11）： 3945-3962.

[本文引用: 1]

Chen H W， Alley R B， Zhang F.

Interannual Arctic sea ice variability and associated winter weather patterns： a regional perspective for 1979-2014

［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2016， 121（24）： 14433-14455.

[本文引用: 1]

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