大气河塑造了北极夏季的水汽长期变化

过去几十年北极在快速变暖（北极放大）的同时也在显著变湿，即存在暖湿化趋势。除了水汽本身是温室气体外，大气中增加的水汽会促进云量和云水含量的形成，不仅会改变与云量相关的辐射过程，也会通过降水和辐射变化影响北极的冰冻圈和水循环，加剧北极变暖。

大气河作为一种瞬变、狭长的天气尺度强水汽输送带，能贡献绝大部分的极向水汽输送。除了中纬度大气河的发生频率较高外，也能往极区输送暖湿空气，不仅容易诱发极端降水，也能造成大范围的冰川融化。然而，在北极变湿最显著的夏季，还不清楚大气河对水汽长期变化的贡献及其驱动大气河变化的主要因子。

图1. a-d，1979-2019北极（60°N以北）夏季大气河、比湿、环流和气温的线性趋势。e-g，1979-2019环流和大气河最大协方差分析主导模态的空间分布和时间序列。

近日，Nature Communications在线发表了题为“Role of atmospheric rivers in shaping long term Arctic moisture variability”的最新成果。通过观测分析发现，大气河及其相关的变量，如比湿、环流和气温等的长期趋势在空间上的分布基本一致（图1），说明可能由相同的物理机制调节。然而，大气河引起的北极夏季水汽长期变化，无法完全用模式集合平均的响应，即人类活动强迫来解释。通过Nudging（松弛逼近方法）了风场趋势的耦合模式试验和基于指纹法的大样本模式结果分析发现，北极区域的低频大尺度大气环流，对大气河活动的调节起到了决定性作用（图2）。

图2. Nudging试验和控制试验中（a）大气河和（b）环流的差异。

分离出由大气河引起的水汽变化后发现，自1979年以来，大气河贡献了超过36%的北极夏季水汽增加趋势，特别是在格陵兰西侧、欧洲北部和东西伯利亚等大气河活动增加显著的区域，贡献甚至超过了一半（图3）。这说明，由天气尺度系统驱动的大气河，通常被视为是一种随机的极端大气活动现象，但在调节北极水汽变化的过程中扮演着重要角色，塑造了北极夏季水汽的长期变化。

图3. 1979-2019北极夏季与大气河（a）无关和（b）相关的比湿线性趋势。

该文章由国内外多家机构的研究人员合作完成，第一作者为中国科学院大气物理研究所王志彪副研究员，通讯作者为加州大学圣塔芭芭拉分校丁庆华教授和阿拉斯加大学费尔班克斯分校Thomas J. Ballinger博士，其他合作者包括浙江大学吴仁广教授、中国科学院大气物理研究所黄刚研究员、陈尚锋研究员和曹西副研究员，云南大学陈文教授，成都信息工程大学陈樟副教授，加州大学洛杉矶分校Bin Guan博士，智利瓦尔帕莱索大学Deniz Bozkurt博士，加州大学圣地亚哥分校Deanna Nash博士，比利时鲁汶大学Dániel Topál博士，加州大学圣塔芭芭拉分校Ian Baxter和Zhe Li。该研究得到了国家自然科学基金（41721004，41831175，42105028和42141019），中国博士后科学基金特别资助（2020T130640）和湖南省自然科学基金（2024JJ6101）等项目的资助。

文章信息：

Wang, Z., Ding, Q., Wu, R., Ballinger, T. J., Guan, B., Bozkurt, D., Nash, D., Baxter I., Topál D., Li Z., Huang G., Chen W., Chen S.-F., Cao X., & Chen, Z. (2024). Role of atmospheric rivers in shaping long term Arctic moisture variability. Nature Communications, 15(1), 5505. https://doi.org/10.1038/s41467-024-49857-y