平流层爆发性增温（SSW）是冬季北半球平流层最剧烈的动力异常之一，表现为北极平流层温度骤升和平流层极涡快速崩解。SSW发生后，其异常信号可向下传播至对流层，增加北半球大陆寒潮、低温和暴雪等极端天气发生风险，因此是次季节到季节尺度预报的重要来源之一。近年来，SSW事件发生频率明显上升，同一冬季内连续发生多次SSW的现象也变得更加常见。已有研究表明，北极海冰减少能够改变行星波传播和平流层极涡状态，但其是否是近年来SSW及连发型SSW增多的重要驱动因素，并进一步影响SSW之后北半球大陆冷空气活动，仍缺乏系统认识。
我校中高层大气环境研究团队利用多源观测资料，结合数值敏感试验、PAMIP海冰强迫试验和CMIP6多模式模拟数据，发现北极海冰减少会导致SSW增多及连发型SSW增多。研究发现，与1979/80—1998/99年相比，1999/00—2023/24年SSW总频率、发生SSW的冬季频率以及连发型SSW冬季频率均有所增加。数值敏感试验进一步表明，在仅改变北极海冰状态的条件下，低海冰强迫能够显著提高SSW和连发型SSW发生频率。PAMIP海冰强迫试验和34个CMIP6模式结果也显示，北极海冰浓度越低，SSW及连发型SSW发生频率通常越高。
动力诊断表明，北极海冰减少会改变中高纬平流层波动折射状态，削弱原本引导行星波向赤道方向传播的波导结构，增强行星波向极传播及其在北极平流层的耗散，平流层极涡更容易受到干扰。对行星波折射变化分解表明：准地转位涡经向梯度变化是折射指数下降的主导原因，而大气静力稳定度变化贡献较小。研究还发现，在北极海冰减少背景下，增多的SSW及连发型SSW会对近地面天气产生更强且持久的向下影响。SSW发生后10—55天，北半球大陆仍会出现广泛冷异常，北美地区冷异常范围向更低纬度扩展。
图1. 北极海冰浓度变化及其对大气动力过程的影响
(a, b) 1979—1999年和2000年以后北半球秋季多年平均北极海冰浓度。(c) 两个时期秋季北极海冰浓度差异。(d) 1979年以来秋季北极海冰浓度变化趋势。(e) 1979—1999年冬季平均大气折射指数。(f) 2000年以后相对于1979—1999年冬季平均折射指数的变化。(g) 冬季平均EP通量、EP通量散度和纬向平均纬向风。(h) 2000年以后相对于1979—1999年冬季EP通量、EP通量散度和纬向平均纬向风的变化。(i) 紫色方框区域内折射指数及其分解项的相对变化。(j) 同(i)，各分解项对折射指数和位涡经向梯度变化的相对贡献。
文章已在《Communications Earth & Environment》期刊发表：
Rao, J.*, Garfinkel, C. I., Cohen, J., Wang, Y., Zhang, X., Ren, R., and Zhang, P., 2026: Arctic Sea Ice Decline, Increasing Successive Sudden Stratospheric Warmings and Cold Northern Hemisphere Continents. Communications Earth & Environment, https://doi.org/10.1038/s43247-026-03604-x.