看过好莱坞大片《后天》的人一定心有余悸，电影以极其震撼的视觉特效描绘了全球变暖带来的惨烈浩劫：由于北极冰川消融，大量淡水注入北大西洋，导致大西洋经向翻转流（AMOC）停滞，阻断了低纬向高纬的热量输送，使得北半球进入新的冰河时期，飓风、海啸、地震、洪水、严寒等一系列的灾难接踵而至。
这样的可怕场景会发生在我们现实生活中吗？电影虽然虚构夸张，但也并非危言耸听或荒诞不经。目前，由于全球变暖，北极海冰正在加速消融，北极升温比全球平均快2-3倍，出现所谓的北极放大效应。研究表明，北极海冰消融已经导致AMOC减弱，全球极端天气、气候和环境事件发生频率显著增加。
作为全球气候变化的放大器，北极海冰的消融毫无疑问正在受到人类温室气体排放的影响。IPCC气候模式预测，到本世纪中期，北极恐将面临夏季无冰的状况，而实际的北极海冰消融比大多数气候模式预测的还要快，根据卫星观测，如果北极海冰维持现在的消融速率，这种夏季无冰的状况可能会提前到本世纪30年代。另一方面，北极海冰夏季消融存在巨大的年际变率和空间差异，最快的消融发生在西北冰洋地区（图1）。这些均表明，北极海冰消融除了受温室气体强迫，还受到大尺度的海气环流影响，但具体的机制尚不清楚。
图1. 观测的西北冰洋夏季海冰变化与PNA. a, 北极海冰密集度(SIC)线性趋势. b, 北极SIC相对于PNA指数的回归模态. c, 西北冰洋SIC与PNA指数时间序列.
同济大学刘忠方教授与合作者利用观测和气候模式研究发现，太平洋—北美型遥相关（PNA）是西北冰洋海冰消融的一个重要驱动因素，其解释了该地区25%以上的海冰年际变化；最近持续正的PNA趋势加剧了西北冰洋地区的热量和水汽输送，使得该地区的温度、湿度和向下的长波辐射显著增加，从而加速了其海冰消融。PNA作为北半球大气变化的一种主要模态，不仅受气候系统内部变化影响，也受到人类活动强迫。全球变暖背景下，PNA指数持续增加，这意味着未来北极海冰会以更高的速率消融。该项研究不仅有助于在PNA框架下解读历史时期北极地区的水文气候变化，也为未来北极海冰变化预测提供了新的思路。
图2. 模式模拟的PNA变化及北极海冰响应. a,北极SIC线性趋势. b,北极海冰密集度相对于PNA指数的回归模态. c,PNA指数与西北冰洋SIC、气温（T）、湿度（SH）及向下的长波辐射(DLR)时间序列.
该项成果以“Acceleration of western Arctic sea ice loss linked to the Pacific North American pattern”为题发表于国际学术期刊《Nature Communications》上（https://doi.org/10.1038/s41467-021-21830-z）。论文第一和通讯作者均为同济大学刘忠方教授，合作者来自法国索邦大学、新加坡国立大学、中山大学、清华大学、中科院大气所、美国密歇根大学和犹他大学等单位。该项研究得到国家自然科学基金面上项目与国家杰出青年基金资助。