雪作为水的一种固体相态，与大气之间存在相互作用，这种相互作用可能与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO，一种海气耦合模态）类似，是一种相互作用的雪气耦合模态。这种模态可能也对地球气候具有重要影响。以往的研究经常侧重于某一区域的积雪异常对中纬度气候的影响，如欧亚积雪或青藏高原积雪的影响，但很少直接考虑冬季北半球多区域积雪异常即积雪主模态的作用，即考虑多个积雪区包括欧亚、高原和北美积雪区积雪异常的协同作用。
近日，沈新勇教授与中国科学院大气物理研究所赵亮高级工程师、肖子牛研究员联合国家气候中心丁一汇院士团队和国家卫星气象中心王劲松研究员在《环境研究快报》（Environmental Research Letters）上发表文章：“Synergistic Impacts of Wintertime Regional Snow Anomalies in the Northern Hemisphere on the Summer Rainfall Pattern in China”）。该研究发现，北半球冬季整体积雪异常的第一模态，对中国夏季降水异常型存在显著的超前协同影响。
与单一积雪区相比，北半球冬季积雪的整体协同异常（即多个积雪区异常）对中国夏季长江中下游地区旱涝型更具有超前指示意义，对中国夏季降水异常有显著影响。北半球冬季积雪的协同变化可能反映了北极涛动（AO）的同季节影响，大气环流异常一般难以直接跨季节产生影响，但积雪模态能将冬季北极涛动的信号保留下来，形成记忆效应。历史上，北半球冬季积雪的PC1在1998年和2020年分别达到两个极大值，与长江流域发生洪涝灾害的年份相对应（图1）。
该研究总结了三条北半球冬季积雪异常的协同影响路径。首先是中纬度路径，即前期冬季偏少的欧洲积雪异常通过“积雪-土壤湿度-大气反馈”影响西风带，而这种影响会因蒙古积雪的偏少以及温度异常的加强而加剧。其次是副热带路径，即青藏高原积雪异常偏多所引起的经向热力差异，这种差异在蒙古地区积雪异常偏少的情况下会得到进一步加强，进而对对流层高层的西风急流产生影响。第三，更多的北美积雪通过环球遥相关模态（CGT）增强了上述两种协同影响路径。这三条路径可以共同反映在北半球积雪第一模态的相关环流中。它们的协同影响最终会影响夏季东亚-太平洋遥相关（EAP）的不同活动中心，进而导致长江流域降水显著增加。北半球冬季积雪异常的协同影响对中国夏季降水模态的跨季节关系能够在CMIP6多模式集合平均中得到验证，尤其是欧洲积雪异常至关重要，其作用有些类似ENSO模态的Niño 3区海温异常，可能是重要的潜在预测因子。
以上研究揭示了北半球冬季积雪主模态可以作为跨季节预测中国夏季降水型的潜在因子。
图2 （a）1981-2020年北半球冬季积雪异常EOF1和（b）中国夏季降水的EOF1；（c）北半球冬季积雪异常PC1（棕色线）和中国夏季降水的PC1（蓝色线）；（d）中国夏季降水PC1与北半球冬季前期积雪异常的相关场；（e）北半球冬季前期积雪异常PC1与中国夏季降水的相关场。（d）中的四个红色框表示相关性较高的区域，包括欧洲（0°–40°E, 40°–60°N）、蒙古地区（90°–120°E, 44°–50°N）、青藏高原（80°–100°E, 30°–35°N）和北美地区（70°–120°W, 25°–42°N）。
相关成果发表在Environmental Research Letters期刊上。该研究得到国家自然科学基金项目（42075040）、广东省基础与应用基础研究重大项目（2020B0301030004）和中国科学院战略性优先研究计划（XDA23090102）的共同支持。
论文信息：
Yao Haoxin, Zhao Liang, Shen Xinyong, Ding Yihui, Wang Jingsong, and Xiao Ziniu. Synergistic impacts of wintertime regional snow anomalies in the Northern Hemisphere on the summer rainfall pattern in China. Environmental Research Letters, (2023). https://doi.org/10.1088/1748-9326/ad178d