北极海冰的年代际转型与中国冻雨年代际变化的关系

牛璐，黄菲，3*，周晓

(1.中国海洋大学 物理海洋教育部重点实验室，山东 青岛 266100;2.中国海洋大学 山东省高校海洋-大气相互作用与气候重点实验室，山东 青岛 266100；3.宁波大学 宁波市非线性海洋和大气灾害系统协同创新中心，浙江 宁波 315211)

北极海冰的年代际转型与中国冻雨年代际变化的关系

牛璐1，2，黄菲1，2，3*，周晓1，2

(1.中国海洋大学 物理海洋教育部重点实验室，山东 青岛 266100;2.中国海洋大学 山东省高校海洋-大气相互作用与气候重点实验室，山东 青岛 266100；3.宁波大学 宁波市非线性海洋和大气灾害系统协同创新中心，浙江 宁波 315211)

基于1961-2013年HadISST海冰密集度资料，定义了北极海冰的季节性融冰指数，结果显示近几十年来北极季节性融冰范围呈显著的上升趋势，并分别在20世纪70年代末和90年代中期存在显著的年代际转型，相应地，中国冻雨发生频数总体上呈现出显著的减少趋势，但也存在显著的年代际转型。在20世纪70年代末之前，北极季节性融冰范围较小但显著增长，中国冻雨频数年际变化振幅较大，且主要受巴伦支海、喀拉海海冰的影响；20世纪70年代末至90年代中期北极季节性融冰范围维持振荡特征，没有显著的线性趋势，中国冻雨频数变化振幅减小，与北极海冰相关较弱，主要相关因子为北大西洋及北太平洋海表温度变化；而90年代中期以后，北极海冰融化加快，特别是2007年以后，季节性融冰范围大大增加，而中国冻雨频数处于低发时段，其变化与太平洋扇区海冰及堪察加半岛附近海温呈显著负相关，季节性融冰的显著区域也从东西伯利亚海逆时针旋转向波弗特海-加拿大群岛北部扩张，同时向北极中央区扩张。不同年代影响冻雨的海温或海冰关键海区不同，产生特定的大气环流异常响应，进而影响到我国冻雨。

冻雨；季节性融冰；年代际转型；大气环流异常；海温

1 引言

近几十年来，北极海冰快速减少，且减少速率远大于模式预测[1]。其中多年冰减少最快，且范围已扩展到北冰洋中心及加拿大北极群岛附近[2]。太平洋扇区海冰融化最严重，2007年9月海冰范围达到极低值，2012年9月达到有史以来最低值[3]。1999年及2002-2008年9月在楚科奇海，2005年及2006年在东西伯利亚海均出现大面积开阔水域[4]。1979-1996年间北极海冰面积和范围的变化趋势为每10年减少2.2%～3.0%，1997年以后则转变为每10年减少10.1%～10.7%[5]。黄菲等[6]指出，1997-2012年海冰面积减少速率是1979-1996年的2.7倍，北极海冰减少趋势在1997年前后存在显著年代际转型。

作为大气环流变化的冷源，北极海冰的加速减少必然会导致中高纬度大气环流的异常变化[4，7—9]，进而对我国气候产生重要影响。Liu等[10]研究了减少的北极海冰对北美、欧洲及东亚冬季降雪的影响，指出前一年秋季北极海冰范围的减少与中高纬大气环流的阻塞形势增多相联系，同时也导致北极区域水汽含量增多。黄菲等[6]分析了年代际转型前后北半球冬季中高纬度极端低温的变化特征及相应的大气环流特征，发现1979-1996年间极端低温频数分布主要与冬季北大西洋涛动(NAO)相关，1997-2012年间主要受冬季西伯利亚高压影响。

冻雨作为冬半年一种灾害性降水已经引起各国学者的广泛关注。贵州由于其特殊的地理位置、地形地貌和气候条件，为冻雨高发地带，早期研究较多[11—14]。2008年我国发生了大范围的雨雪冰冻灾害，其受灾范围及经济损失可谓50年来同类之最[15—16]。其成因与欧亚大陆持续出现异常环流，南支槽活跃，副高较为偏西偏北，有利于暖湿空气的输送，最终造成我国江南准静止锋维持，产生冻雨天气[17—18]。李崇银等[19]指出这次极端天气的直接原因是大气环流的组合性异常。对于冻雨长时间序列的变化，发现1954-2009年间我国冻雨显著减少，与乌拉尔山和贝加尔湖阻高、亚洲极涡、西太副高等也有显著相关关系[20]。但整体来说研究较少，与海温、海冰等外强迫的关系也缺乏系统分析。

2007年9月北极海冰融化严重，紧接着2008年1月我国发生了大范围的冰冻雨雪灾害，这种联系是偶然的还是存在物理上的相关关系？如果存在统计关系，北极海冰怎样通过大气环流影响中国冻雨的变化？针对这些问题，本文研究了北极海冰季节性融冰的变化特征，以及中国冻雨发生频数的变化规律，进而探讨了二者之间的时空联系以及相关的海温和大气环流异常响应特征，并基于此建立了中国冻雨频数的预报模型。

2 资料和方法

本文所用冻雨资料来自国家气象信息中心提供的中国地面气候资料天气现象日值数据集中的雨凇日值记录。该资料经过了较严格的质量控制和检查。为保证数据的连续性，本文对缺测过多台站进行了剔除，最终筛选出586站资料。时间长度为1961年1月至2013年6月。海温、海冰数据来自哈德莱(Hadley)中心HadISST数据集中的海表面温度(SST)及海冰密集度(SIC)的月平均记录。格点分辨率为1°×1°，海温数据时间长度为1961年1月至2013年6月，海冰数据延至2014年12月。大气资料来自美国国家环境预报中心(NCEP)的NCEP/NCAR Reanalysis 1的日及月平均资料，格点分辨率为2.5°×2.5°，时间长度为1961年1月至2013年6月。所用要素包括500 hPa位势高度、近地面温度(SAT)、海平面气压(SLP)等。

由于冻雨是一种冬季降水类型，主要发生在每年11月至翌年3月，为便于研究，本文将前一年7月至当年6月作为一个冻雨年循环，期间各台站(共586站)发生的冻雨总日数为年总冻雨次数。由此得到了1962-2013年共52个冻雨年各年总冻雨发生频次。

本文所用方法包括突变检验、回归分析及合成分析等。突变检验包括气候均值突变检验，如Man-Kendall检验及滑动T检验[21]；还有气候变率突变检验，这里采用滑动F检验方法[22]。回归分析包括一元线性回归及逐步回归[23]。

3 北极海冰的年代际转型

3.1 季节性融冰范围的时间变化

近年来随着全球变暖，北极海冰快速融化，多年冰化为季节性的一年冰，北冰洋开阔水域增大，海冰流动性加快，北极海冰变化存在年代际转型[2，4—6]。北极海冰变化对气候影响较大的是季节性融冰的变化，由于北极海冰范围在每年的2、3月份达到最大，9月份面积最小，为了表征季节性融冰的变化，这里定义北极海冰季节性融冰面积指数，即每年2-3月平均的北极海冰面积减去8-9月平均的海冰面积。该指数与Huang等[24]定义的北极海冰范围年较差指数类似，它能很好地表征北极海冰快速融化过程中每年结冰速率和融冰速率差异产生的季节性融冰变化，可从另一个角度更好地理解北极海冰的变化特征。

图1为北极海冰季节性融冰面积指数随时间的变化。为验证HadISST资料可信度，我们与美国冰雪中心(NSIDC)数据作了对比(图1灰色实线)。除个别年份，两种资料变化规律基本一致。整体来看，50年来该面积指数呈增加趋势，超过了0.01的显著性水平；20世纪60年代约为7×106km2，2007年以后在10×106km2左右，表明北极海冰季节性融冰面积增大。具体来说，1979年以前，季节性融冰面积较小，且呈增加趋势，均值为7.4×106km2，线性倾向系数为0.056×106km2/a，超过0.05的显著性水平。1979年该序列出现显著增加，且超过0.01的显著性水平(图2a，b)，之后至1995年北极季节性融冰范围振荡维持，没有显著的趋势。1996年该序列有一弱的突变减少(图2a)，之后转为阶梯型的5～6 a周期的波动；同时面积指数增速加大，线性倾向系数为0.121×106km2/a，超过0.01的显著性水平；同时年际振幅加大，尤其在2007年以后，融冰面积显著增大，与2006年相比，增幅超过1.7×106km2。因此本文将该序列分为3个时间段，即1961-1978年，1979-1995年，1996-2013年，针对每个时间段分别进行分析。

图1 北极海冰季节性融冰面积指数随时间的变化Fig.1 The time series for Arctic sea ice seasonal melting area index蓝色实线为HadISST数据，代表各年代段均值；灰色实线为NSIDC数据；红色虚线代表各年代段趋势；右上数值代表各年代段线性倾向系数；*表示超过0.05的显著性水平The blue line from HadISST dataset，represent average of each decade；the grey line from NSIDC dataset; the red dashed line represent trend of each decade; top right corner number represent linear trend coefficient；star means passing 0.05 significance level

图2 北极海冰季节性融冰面积指数序列的滑动T检验(a)及Mann-Kendall检验(b)，其中Uf和Ub分别代表正序列和逆序列的统计检验量Fig.2 The moving T test (a) and Man-Kendall test (b) for Arctic sea ice seasonal melting area index，the Uf and Ub in b denote the sequence and inverted sequence of statistical test variables, respectively

3.2 季节性融冰的空间变化

用前文定义的北极海冰季节性融冰面积指数序列与空间各点的海冰密集度(SIC)的冬夏差值(每年2-3月平均减8-9月平均)作回归，得到各年代时段内季节性融冰的空间分布特征(图3)。从整个时间段来看(图3a)，除格陵兰岛以东沿岸至巴伦支海一线地区为负值外，北极大部分海区，尤其是太平洋扇区波弗特海、楚科奇海、东西伯利亚海及拉普捷夫海等地区海冰变化与季节性融冰面积指数为同位相变化，表明该指数的变化主要由这些区域海冰的季节性融化决定。在不同的年代阶段，1961-1978年间主要海区为拉普捷夫海及东西伯利亚海一带，白令海及巴伦支海以北海区也有显著正异常；1979-1995年间则集中在西伯利亚向东至阿拉斯加沿岸以北整个海域；1996年以后，太平洋扇区季节性融冰面积显著增大，显著海区向东扩展至加拿大北极群岛，同时向北冰洋中央区也有显著扩展。由此说明1996年以后北极海冰的季节性融冰面积也存在显著年代际转型。

图3 北极海冰季节性融冰面积指数与海冰密集度冬夏差异的回归场的空间分布(打点区域超过0.05的显著性水平)Fig.3 Spatial pattern of regression between Arctic sea ice seasonal melting area index and difference of maximum SIC and minimum SIC of last year (the dotted area passes 0.05 significance level)

4 中国冻雨的年代际变化

4.1 中国冻雨年频数的时间变化

图4为标准化的年总冻雨发生频数随时间的变化。整体来看，冻雨呈减少趋势，线性倾向系数为-0.03/a，且超过了0.05的显著性水平。但是不同年代内冻雨变化不尽相同。滑动T检验(图5a)结果表明冻雨频数在1997年出现显著突变，且超过0.01的显著性水平。1997年之前发生频数大部分在0值以上波动，1997年之后基本在0值以下波动。Man-Kendall检验(图5b)也表明自1997年前后年总冻雨次数出现显著减少，超过0.05的显著性水平。综上，本文认为中国冻雨在1997年前后出现了年代际转型。另外，对该序列作滑动F检验(图5c)，结果表明在1980年前后出现了方差突变，且显著性水平接近0.01。1980年以前年际变率振幅较大，1980年以后则年际变率较小。

图4 标准化的年总冻雨发生频数随时间的变化Fig.4 Temporal evolution of standardized freezing rain frequency蓝实线代表各年代段均值；红虚线代表各年代段趋势；黑实线代表整体均值；黑虚线代表整体趋势；右上数值代表各年代段线性倾向系数；*表示超过0.05的显著性水平The blue solid line represent average of each decade； the red dashed line represent trend of each decade; the black solid line represent overall average;top right corner number represent linear trend coefficient；star means passing 0.05 significance level

图5 标准化的年总冻雨发生频数的滑动T检验(a)，Man-Kendall检验(b)和滑动F检验(c)，其中Uf和Ub分别代表正序列和逆序列的统计检验量Fig.5 The moving T test (a)，Man-Kendall test (b)，and the moving F test (c) of standardized freezing rain frequency,the Uf and Ub in b denote the sequence and inverted sequence of statistical test variables, respectively

因此，中国冻雨的频数变化也存在3个时间段的年代际变化，1962-1979年间冻雨频数年际变率较大，冻雨有弱的增加趋势(线性倾向系数0.022)；1980-1996年间年际变率减小，冻雨呈减少趋势(线性倾向系数-0.029)；1997年以后冻雨突然减少，之后冻雨呈增加趋势(线性倾向系数0.05，超过80%的信度检验)。值得注意的是，2008年中国南方大范围的冻雨灾害是非常极端的个例，虽然历史上曾在1964，1969和1977年冬均出现过比2008年更多的冻雨发生，但在20世纪70年代末以来全球变暖冻雨频数大辐度减少的背景下，2008年冬季的冻雨发生是最多的一次。

中国冻雨出现的这种年代际变化与北极季节性海冰的年代际转型有着非常一致的年代际变化特征，表明中国冻雨发生背景的年代际变化可能与北极海冰异常造成的中高纬度大气环流异常相联系。因此后文中将重点从这3个不同年代背景下探讨北极海冰变化影响中国冻雨的可能途径。

4.2 中国冻雨频数的空间分布

图6为各年代时段中国冻雨频数趋势的空间分布。整体来看(图6d)，1962-2013年间，除辽宁、新疆地区部分台站及内蒙古地区部分台站冻雨日数略有增加外，我国大部分地区年冻雨日数为减小趋势。且黄河流域以南、长江流域以北各台站及东北中部地区减少趋势显著，通过0.05的显著性水平。长江流域以南等地区虽为减少趋势，但趋势不显著。对3个阶段各站年冻雨日数的趋势进行分析发现(图6a～c)，与总减少趋势分布相比，各时间段内冻雨的趋势变化差异较大。1962-1979年间，冻雨趋势的空间分布为带状相间分布。36°N的黄河中下游流域以北大部分地区冻雨为减少趋势，以南为增加趋势；长江中下游流域为减少趋势，再南部则为增加趋势。1980-1996年，全国大部地区冻雨为减少趋势，且贵州、湖南减少趋势显著，只有辽宁、中国东部部分地区为增加趋势。1997年以后，中国北部大部地区为减少趋势，南部大部地区为增加趋势，且趋势较显著。可以认为，1997年的年代际转型以后，对于中国南方大部，各站冻雨从减少趋势变为增加趋势。

图6 不同时间段年冻雨日数趋势的空间分布(实心圆表示超过0.05的显著性水平)Fig.6 The spatial pattern of the trend of annual mean freezing rain days (solid round passes 0.05 significance level)

5 冻雨发生频数与北极海冰年代际变化的时空联系

5.1 冻雨变化与北极季节性融冰的关系

图7为各年代内冻雨总发生频数与前一年海冰季节性融冰指数的空间相关场分布。从整个时间段来看(图7a)，冻雨总频数与冰岛以北至巴伦支海以北一线海区为正相关关系，与西半球海区融冰指数为显著负相关关系。对不同年代段分别分析发现(图7b～d)，不同年代的空间分布差异较大。1962-1979年间在拉普捷夫海域附近有两处显著正相关海区；而1980-1996年间除楚科奇海西北部分海域为显著负相关外，没有显著相关海区；1997-2013年间相关海区又发生了变化，在太平洋扇区80°N附近出现大片显著正相关海区，说明1997年以后中国冻雨变化与太平洋扇区海冰快速融化有密切联系。

图7 冻雨总发生频数与前一年海冰季节性融冰指数的相关场的空间分布(打点区域超过0.05的显著性水平)Fig.7 Spatial pattern of correlation between freezing rain frequency and difference of maximum SIC and minimum SIC of last year(the dotted area passes 0.05 significance level)

5.2 冻雨变化与海表温度、海冰密集度的空间相关

图8、图9为去趋势标准化的年总冻雨发生频数与不同季节海温、海冰的回归分布。与原标准化序列对应的空间分布相比，两者空间分布一致，说明冻雨变化与海温及海冰的年际关系较为突出。对比发现，1962-1979年间，冻雨变化与海温的关系较不显著。仅前一年夏季北大西洋中纬度海区存在负异常，前一年秋季北太平洋海区存在正异常。与海冰的关系较显著，前一年秋季巴伦支海、喀拉海一带海冰有显著正异常。1980-1996年间，与海冰关系较弱，而热带海温影响显著增强。前一年夏季赤道太平洋及印度洋海区存在显著正异常；北大西洋格陵兰岛以南海域海温有显著正异常；北太平洋海域为负异常。而1997-2013年间，海冰的主要影响海区又产生变化，关键海区主要集中在太平洋扇区。前一年夏季堪察加半岛以东海温存在显著负异常，前一年夏季开始楚科奇海至北冰洋中心海域为负异常，前一年秋季显著性达到最大。结合前面分析的北极季节性海冰的变化，可以发现中国冻雨的发生在20世纪70年代末之前和90年代中期之后主要与北极海冰的融化、季节性融冰的增多显著相关，而70年代末到90年代中期这段时间正是全球变暖最快的年代，中国冻雨的变化则主要与热带及中纬度海温的关系更密切。

图8 去趋势的标准化年总冻雨发生频数与从前一年夏(JAS(-1))、种(OND(-1))到当年冬(JFM(0))、春(AMD(0))不同季节海温的回归分布(a～d：1962-1979年，e～h：1980-1996年，i～l：1997-2013年，打点区域超过0.05显著性水平)Fig.8 Spatical patterns of regression between detrended standardized freezing rain occurrences and SST in different seasons from previous summer (JAS(-1)),autumm (OND(-1)) to the following winter (JFM(0)) and spring (AMD(0))(a～d：1962-1979，e～h：1980-1996，i～l：1997-2013，the dotted area pas-sed 0.05 significance level)

图9 去趋势的标准化年总冻雨发生频数与不同季节的海冰的回归分布(a～d：1962-1979年，e～h：1980-1996年，i～l：1997-2013年，打点区域超过0.05显著性水平)Fig.9 Spatical patterns of regression between detrended standardized freezing rain occurrences and SIC in different seasons (a～d：1962-1979，e～h：1980-1996，i～l：1997-2013; the dotted areas passed 0.05 significance level)

5.3 冻雨频数预报模型的建立和影响因子分析

为了更直观地找出影响中国冻雨频数变化最主要的相关性因子，本文选取前文研究中8个代表性海区的海表温度和海冰密集度作为预报因子，应用逐步回归方法对不同年代分别建立冻雨频数的预报方程，得到不同年代内影响中国冻雨发生的主要因子。所选关键海区信息如表1所示，结果如下。

表1 关键海区信息Tab.1 The information of the key areas

图10为拟合序列的变化与原冻雨序列变化的对比图，由图可知各年代段各预报因子分别拟合效果较好。由上可知，不同年代影响冻雨的海温、海冰的主要海区是不同的。1962-1979年为巴伦支海、喀拉海海冰，且为正相关关系。1980-1996年间为北大西洋中高纬度海温及堪察加半岛以东海温，且与大西洋海温变化呈正相关，与太平洋海温变化呈负相关。1997-2013年间，主要影响海区均集中在太平洋，尤其是2008年冻雨灾害的显著增多与2007年太平洋扇区海冰的减少关系密切。此阶段若堪察加半岛附近海温降低，太平洋扇区海冰减少，则冻雨灾害增多。这与近几十年来海冰变化是一致的，北极海冰在1997年存在显著的年代际转型，1997年以后太平洋扇区海冰融化显著增多。由此可能造成了整个大气环流的变化，从而使影响我国冻雨变化的关键海区向太平洋扇区转移。

图10 3个时间段由预报方程拟合得到的标准以冻雨频数曲线(红色)及原冻雨变化曲线(灰色)对比Fig.10 The fitting series(red) and the freezing rain occurrences (grey) in three time periods

5.4 北极海冰影响中国冻雨变化的大气桥

为更好地分析冻雨频数较多时的背景环流形势，本文以1倍均方差为界，大于1的年份规定为冻雨多年，小于-1的年份规定为冻雨少年，得到8个冻雨多年，7个冻雨少年。冻雨多年年份为：1964，1967，1969，1972，1977，1984，1988，2008年；冻雨少年的年份为1997，1999，2001，2002，2007，2009，2013年。除2008年外，冻雨多年均在1997年年代际转型之前，冻雨少年均在1997年以后。可见1997年以前为冻雨多发期，1997年以后为冻雨少发期。

对冻雨多、少年冬季500 hPa位势高度异常分别进行合成(图11)，发现冻雨频数较多的年份乌拉尔山地区位势高度异常偏高，对应高空西风减弱，经向环流加大；同时贝加尔湖以南地区位势高度异常偏低，更有利于冷空气入侵我国；鄂霍茨克海上空位势高度偏低，使东亚大槽加深，也有利于冷空气的入侵；这些区域均超过0.05的显著性水平。另外东南沿海位势高度异常偏高，使西太平洋副热带高压偏西偏北，有利于冷暖空气作用在我国长江中下游地区，进而产生冻雨灾害。而冻雨少年时，整个中国中南部上空位势高度异常偏高，不利于冷暖空气在我国上空交绥，不利于冻雨产生。

图12给出了冻雨变化与500 hPa位势高度的回归分布，以进一步研究相应的大气环流变化情况。1962-1979年间，冬季整个回归分布类似欧亚(EU)遥相关型，欧洲及日本为正异常，里海的中高纬度地区为负异常；整个波列自巴伦支海、喀拉海一带向我国延伸。这个分布与前文适宜冻雨灾害产生的背景环流一致，从而造成冻雨增多。1980-1996年间，主要呈现出自格陵兰岛以南海区向我国延伸的波列分布；西欧为负异常，正异常地区东移，位于乌拉尔山一带，贝加尔湖以南至30°N为负异常，30°N以南为正异常，从而造成冻雨灾害增多。1997-2013年冬季整个环流分布与1997年之前差别较大，波列自极地向南延伸至我国；欧亚大陆500 hPa位势高度呈南北反位相分布；贝加尔湖以北为正异常，以南为负异常，进而导致我国冻雨灾害增多。这表明1997年之前与冻雨相联系的大气环流主要受大西洋扇区海冰或海温影响；而1997年以后，大气环流分布受太平洋扇区海冰融化影响显著，太平洋扇区海冰的融化可能是造成大气环流南北反位相分布的主要影响因子。

图11 冻雨多年与少年的冬季(DJF)500 hPa位势高度异常合成场(a.冻雨多年异常场，b.冻雨少年异常场，打点区域超过0.05的显著性水平)Fig.11 Composite pattern of 500 hPa geopotential height anomaly in winter (DJF)(a.the year of more freezing rain，b. the year of less freezing rain，the shaded area pass the 0.05 significant level)

图12 去趋势标准化的冻雨总次数与不同季节的500 hPa位势高度的回归(a～d: 1962-1979年，e～h: 1980-1996年，i～l: 1997-2013年，打点区域过0.05显著性水平)Fig.12 The spatial patterns of regression between detrended standardized freezing rain occurrences and 500 hPa geopotential height in different seasons(a～d: 1962-1979，e～h: 1980-1996，i～l: 1997-2013，the dotted areas passed 0.05 significance level)

6 结论

本文定义了北极海冰季节性融冰指数，在此基础上分析了近几十年来北极海冰季节性融冰范围随时间的变化及其空间分布特征。发现北极海冰在20世纪70年代末及90年代中期存在显著年代际转型。1961-1978年间，北极海冰季节性融冰面积较小，但呈显著增加趋势；1979-1995年间，北极季节性融冰范围振荡维持，且没有显著的趋势；1996年以后，转为阶梯型的5～6 a周期的波动，且融冰面积快速增加。对应空间上，季节性融冰的显著区域从北冰洋亚洲北岸的东西伯利亚海一带逐渐逆时针旋转向波弗特海-加拿大群岛北部扩张，同时向北极中央区扩张。

对冻雨变化的研究发现，我国冻雨总频数存在与北极海冰季节性融冰指数变化较为一致的年代际变化。1962-1979年间冻雨频数年际变化振幅较大，1980-1996年冻雨频数变化振幅减小，1997年以后冻雨频数处于低发时段，但存在上升趋势。对不同年代间冻雨变化与海温、海冰的关系进行研究发现，中国冻雨的发生在20世纪70年代末之前和90年代中期之后主要与北极海冰的融化，季节性融冰的增多显著相关；1979年以前最主要影响因子为北大西洋扇区海冰，1997年以后则主要受太平洋扇区海冰影响。而20世纪70年代末到90年代中期这段时间正是全球变暖最快的年代，中国冻雨的变化则主要与热带及中纬度海温的关系更密切。

为探究海冰融冰面积的年代际变化与冻雨的年代际变化是否存在物理上的必然联系，本文结合其背景环流进行了探究。发现冻雨发生时对应着特定的背景环流，冻雨过程受海洋海温及大气环流的通道影响，海温及海冰的关键海区通过遥相关关系间接影响中国冻雨天气。

由此认为，海冰的年代际转型可能是造成冻雨年代际转型的主要原因。但冻雨灾害的成因及变化较为复杂，是多个气候系统相互作用的产物，有待于更深入的分析研究。

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Decadal regime shift of Arctic sea ice and associated decadal variability of Chinese freezing rain

Niulu1，2，Huang Fei1，2，3，Zhou Xiao1，2

(1.KeyLaboratoryofPhysicalOceanography，MinistryofEducation，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China; 2.KeyLaboratoryofOcean-AtmosphericInteractionandClimateinUniversitiesofShandong，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China; 3.NingboCollabrativeInnovationCenterofNonlinearHarzardSystemofOceanandAtmosphere，NingboUniversity，Ningbo315211，China)

Based on the HadISST sea ice concentration (SIC) data from 1961-2013，we define the Arctic sea ice seasonal melting index and analyze the spatial and temporal characteristics of Arctic sea ice seasonal melting extent. It turns out that in recent decades there are two significant decadal regime shift，late 1970s and the middle of 1990s respectively. Before the late 1970s，the oscillation of Arctic sea ice extent was decrease under the background of global warming，the seasonal melting extent (SME) was small but increased significantly; during the late 1970s and the middle of 1990s，the oscillation of the SME was maintain and had no significant trend; while after the middle of 1990s，although there is a hiatus of the global warming，the melting of Arctic sea ice is accelerating，especially after 2007，during which Arctic sea ice SME is greatly increased. Besides that，as the time goes by，the significant SME area expanded anticlockwise from the East Siberia sea to Beaufort Sea-north Canadian Arctic Archipelago gradually，and expand to the central Arctic at the same time. Correspondingly，the total frequency of Chinese freezing rain (CFR) is decreasing during the past several decades and also has significant decadal regime shift. The inter-annual amplitude of the total frequency of CFR was large during 1962-1979，then turned small during 1980-1996，with close relation to SST instead of sea ice. After 1997 the total frequency of CFR is at a low stage，but is increasing，which may mostly be influenced by Arctic sea ice variability. The key area of SST or SIC that influence CFR are different during different decadal epochs，resulting in certain atmospheric background circulation anomalies. There is a consistency between the change of CFR and the SME，which means that the decadal regime shift of the Arctic sea ice may be the cause of the decadal regime shift of Chinese freezing rain．

freezing rain; seasonal melting sea ice; decadal regime shift; atmospheric circulation anomaly; sea surface temperature

2015-04-16；

2015-08-10。

全球变化研究国家重大科学研究计划项目(2015CB953904，2012CB955604)；国家自然科学基金委员会-山东省人民政府联合资助海洋科学研究中心项目(U1406401)。

牛璐(1990—)，女，山东省淄博市人，主要从事气候变化方面的研究。

*通信作者：黄菲，女，陕西省宝鸡市人，教授，主要从事气候动力学研究。E-mail:huangf@mail.ouc.edu.cn

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.11.010

P732.6

A

0253-4193(2015)11-0105-13

牛璐，黄菲，周晓. 北极海冰的年代际转型与中国冻雨年代际变化的关系[J]. 海洋学报，2015，37(11): 105-117，

Niu Lu，Huang Fei，Zhou Xiao. Decadal regime shift of Arctic sea ice and associated decadal variability of Chinese freezing rain[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(11): 105-117，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.11.010