北极海冰减少和北极放大效应是全球变暖背景下最显著的气候特征。由于气候系统的高度复杂性和气候系统模式的不确定性，海冰减少对全球气候变化的影响目前仍具有很大争论。为减少模式不确定性对模拟的影响，CMIP6发起了北极放大效应模拟比较计划(PAMIP)。中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室开发的CAS FGOALS-f3-L气候系统模式团队参加了PAMIP试验，针对全球海温升高和两极海冰减少的不同组合对工业革命前（PI）、现在(PD)和未来情景(Fut)开展了8套大样本数值模拟。
这些试验基于陆气耦合模式，分别考虑了不同下垫面强迫的组合在这三种气候变化情景下，全球海温和海冰变化对大气环流和全球气候系统的影响。所有的试验外强迫固定在2000年，采用100个集合，从2000年4月1日开始积分到2001年6月30日。FGOALS-f3-L的基本模拟结果表明，北极表面温度的升高的贡献主要来自于北极海冰减少导致的局地冰气反馈，对比北极海冰减少和全球海温升高对大气的影响两组试验结果发现，北极海冰减少引起的全球地表温度变化是较为局地性的，这种变化有助于减弱极地和副热带地区的经向温度梯度，而全球海温升高导致了北半球整体升温，区域性差异不大（图1）。我们还基于大样本的集合成员分析了同时在模式中考虑海温、海冰变化和仅考虑海温变化和仅考虑北极海冰变化对北极放大效应的影响，结果表明考虑海温和北极海冰单独强迫下的试验对北极地区地表温度升高的贡献的线性和与同时在模式中考虑海温和海冰变化的影响是相当的(图2)。
图1 CAS FGOALS-f3-L PAMIP试验中的地表2m气温异常(°C) (a) pdSST-pdSIC减去piSST-piSIC; (b) pdSST-pdSIC减去piSST-pdSIC; (c) pdSST-pdSIC减去piSST-piArcSIC (d) pdSST-pdSIC减去piSST-piAntSIC。
图2 不同试验中60-90°N地区年平均的地表气温响应的散点图。横坐标为海温海冰共同强迫试验(pdSST-pdSIC - piSST-piSIC)试验得到的SAT响应。纵坐标分别表示仅考虑海温强迫试验(pdSST-pdSIC - piSST-pdSIC)得到的SAT响应(红色)，仅考虑海温强迫试验(pdSST-pdSIC - pdSST-piArcSIC)得到的SAT响应(黑色)，以及上述两组试验线性相加得到的SAT响应(蓝色)。
2021年CAS FGOALS-f3-L模式研发团队应CMIP6 PAMIP召集人英国Met Office科学家Doug Smith 邀请作为中国代表参加撰写多模式大样本集合下北极放大效应的研究，该工作包含了由英国，法国，美国，西班牙，挪威，中国，德国，日本，加拿大开发的18个模式产生的3000多组集合试验，分析了冬季北极海冰减少对观测到的北半球欧亚大陆变冷趋势的可能贡献。结果表明，相较于以前单一模式研究带来的模拟不确定性，大量集合减少了模式间误差，模拟的地表温度响应在东亚东部地区出现了变冷趋势，而在欧亚大陆西部和北部仍然是弱的增暖，与观测结果较为接近，进一步明确了全球变暖导致的北极海冰减少对全球气候反馈的重要作用（图3）。
图3 多模式集合模拟的冬季海冰减少对地表温度和海平面气压的影响。(a)海冰强迫，（b）地表气温，（c）海平面气压。
相关数据DOI号：
现代海温和海冰强迫试验pdSST-pdSIC: http://doi.org/10.22033/ESGF/CMIP6.11516
工业革命前海温和海冰强迫试验piSST-piSIC: http://doi.org/10.22033/ESGF/CMIP6.11521
工业革命前海温和现代海冰强迫试验piSST-pdSIC: http://doi.org/10.22033/ESGF/CMIP6.11520
现代海温和工业革命前北极海冰强迫试验pdSST-piArcSIC: http://doi.org/10.22033/ESGF/CMIP6.11519
现代海温和未来北极海冰强迫试验pdSST-futArcSIC: http://doi.org/10.22033/ESGF/CMIP6.11512
现代海温和工业革命前南极海冰强迫试验pdSST-piAntSIC: http://doi.org/10.22033/ESGF/CMIP6.11518
未来海温和现代海冰强迫试验futSST-pdSIC: http://doi.org/10.22033/ESGF/CMIP6.11500
现代海温和未来南极海冰强迫试验pdSST-futAntSIC: http://doi.org/10.22033/ESGF/CMIP6.11511
上述研究分别于2021年和2022年发表在《Advances in Atmospheric Sciences》和《Nature Communications》上，研究受到中国科学院战略先导科技专项（A类）（XDA19070404），国家自然科学基金（批准号42030602, 91837101, 91937302）共同资助。
参考文献：He, B., X. Q. Zhang, A. M. Duan, Q. Bao, Y. M. Liu, W. T. Hu, J. X. Li, and G. X. Wu, 2021: CAS FGOALS- f3-L large-ensemble simulations for the CMIP6 Polar Amplification Model Intercomparison Project. Adv. Atmos. Sci., 38(6), 1028？1049, https://doi.org/10.1007/s00376-021-0343-4.
Smith, D.M., Eade, R., Andrews, M. B. Andrews, H. Ayres, A. Clark, S. Chripko, C. Deser, N. J. Dunstone, J. Garci？a-Serrano, G. Gastineau, L. S. Graff, S. C. Hardiman, B. He, L. Hermanson, T. Jung,J. Knight, X. Levine, G. Magnusdottir, E. Manzini, D. Matei, M. Mori Y. Peings, A. A. Scaife, J. A. Screen, M. Seabrook, T. Semmler J. Streffing, L. Sun, and A. Walsh, 2022: Robust but weak winter atmospheric circulation response to future Arctic sea ice loss. Nat Commun 13, 727. https://doi.org/10.1038/s41467-022-28283-y
