近日，厦门大学海洋生物地球化学全国重点实验室、海洋与地球学院张彧瑞副教授团队，与挪威东南大学和赫尔辛基大学合作，揭示了末次冰期的大陆冰盖通过影响极涡动态变化，增强了中纬度地区的气候变率。相关研究成果以“A stretched polar vortex increased mid-latitude climate variability during the Last Glacial Maximum”为题，发表在Climate of the Past.
研究发现，末次冰盛期的冰盖通过改变进入平流层的波活动通量，使极涡向北美大陆延伸，从而增加了北极寒冷空气 “南下”的几率，进而导致中纬度地区冬季气温降低和气候变率增强。该成果进一步加深了对极涡在冰期-间冰期气候变化中的关键作用的认识。
约21000年前的末次冰盛期（Last Glacial Maximum，LGM），寒冷气候孕育了巨大的大陆冰盖，覆盖北美和欧亚大陆北部的大部分地区。大陆冰盖可通过多种途径对中纬度地区气候变化产生深远影响。极涡是位于极地上空的持续性、大尺度气旋环流，对中纬度地区冬季天气具有重要影响。已有研究表明，北极极涡的季节性演变和年代际变率在欧亚大陆和北美地区的冬季气候变化及其可预测性中扮演关键角色(图1)。然而，关于极涡在冰期-间冰期这样的长周期气候变化中的作用，此前尚未有深入研究。
图1. 极涡的两种状态示意图（引自NOAA 2021）
本研究利用PMIP4（Paleoclimate Modelling Intercomparison Project Phase 4）的四组气候模式模拟数据，探讨LGM期间极涡的变化及其对中纬度气候的影响。通过系统分析LGM和工业革命前（Pre-industrial，PI）时期的差异，研究旨在还原末次冰盛期的极涡状态，并探讨其气候效应。
研究结果表明，在LGM条件下，北美劳伦泰冰盖的存在改变了下垫面性质，引起异常的波动向上传播，使极涡向北美大陆冰盖方向延伸并呈现拉伸形态（图2）。这种拉伸的极涡将寒冷的北极空气推向更南，对冬季产生的冷却效应远超出了劳伦泰冰盖的覆盖范围，与夏季温度形成鲜明对比。此外，这种拉伸形态的极涡变率增强，使得极端冷空气更容易入侵到中纬度地区，从而增大了中纬度地区冬季气候变率（图3）。进一步分析发现，极涡变化引发的温度变化有助于理解不同模式对中纬度欧亚大陆气候模拟的差异，若剔除极涡变化的影响，模式之间的温度模拟结果差异可减少高达5℃（图4）。
图2. PI和LGM模拟试验中20 hPa位势高度，显示极涡形态和强度，黑、红和蓝线分别对应1940-2024年ERA5再分析数据、PI时期和LGM的25000 gpm
图3. 弱极涡和强极涡条件下的冬季（DJF）地表气温差异的合成分析（SAT，填色），冬季的海平面气压（SLP）用120 hPa间隔的等值线表示
本研究表明，极涡对中纬度地区气候的影响具有显著的背景气候依赖性，并能够在冰期-间冰期气候变化中发挥重要调节作用。这一发现深化了对极地与中纬度气候相互作用机制的理解，并对理解当今全球变暖的背景下极涡的瞬态响应和长期演变提供了重要启示，有助于提高对未来中纬度气候变化的预测能力。
该论文第一兼通讯作者为厦门大学张彧瑞副教授，共同作者还包括挪威东南大学的Hans Rensen教授、赫尔辛基大学的Heikki Seppa教授、厦门大学硕士生李振和李兴锐。
Zhang, Y., Renssen, H., Seppä, H., Li, Z., and Li, X. A stretched polar vortex increased mid-latitude climate variability during the Last Glacial Maximum (2025), Clim. Past, 21, 67–77.
https://doi.org/10.5194/cp-21-67-2025
