近年来，随着全球变暖的加剧，极端天气事件频繁发生。除了极端高温事件外，北半球冬季也频繁出现破纪录的极端冷事件，而这些极端冷事件的成因目前尚无共识。2022年12月，北美遭遇了罕见的“炸弹气旋”袭击，造成大范围的极端暴雪和低温冰冻灾害，给当地带来了严重的经济损失和人员伤亡。中国科学院大气物理研究所副研究员龚海楠等人利用观测和再分析数据，以及英国Hadley中心提供的大样本归因试验数据，深入分析了此次北美极端冷事件的成因。

研究指出，气候系统内部变率是造成此次北美极端冷事件的主导因素，导致北美地表气温异常降幅超过-5K，而外强迫并没有想象中那样导致北美大范围增暖，贡献的仅是不到0.5K的轻微暖异常 （图1）。这种外强迫表现出的弱增暖效应，可能与其导致的北极增暖通过改变中纬度大气环流而抑制北美地区增温有关。

进一步的研究表明，气候系统内部变率中，在北太平洋生成的大气遥相关波列是导致此次北美出现“炸弹气旋”的关键环流因子。该遥相关波列受到了太平洋-北美型遥相关（PNA）和北太平洋涛动（NPO）的共同影响，两个遥相关分别贡献了北美约-2.18K和-2.12K的气温异常。当年12月热带中太平洋的拉尼娜型海温异常增强和维持了PNA-like大气遥相关波列。此外，内部热力过程，特别是前期偏多的积雪与随后地表气温的反馈作用，也在一定程度上增强了此次北美的极端冷事件。

该研究成果厘清了2022年12月北美极端冷事件的发生机制，深化了对全球变暖背景下北半球冬季极端冷事件成因的物理理解，为气候模式预测未来极端冷事件及其不确定性提供了理论基础。该研究得到了国家自然科学基金项目（41925020, 42075033, 42275023）的资助。

论文信息：

Gong H, Ma K, & Wang L. Internal variability dominated the extreme cold wave over North America in December 2022[J]. Geophysical Research Letters, 2024, 51, e2024GL111429. https://doi.org/10.1029/2024GL111429

图1. 2022年12月SAT（填色；K）和HGT500（等值线；20gpm）异常：（a）外部强迫部分；（b）内部变率部分；（c）内部动力部分；（d）内部热力部分。图中的蓝框表示北美地区，蓝框下面的数字代表北美地区区域平均的SAT异常。