| Summary: | 自 1979 年以来，在全球变暖的大背景下，北极变暖的速度几乎是全球的四倍，这一现象被称为北极放大。 作为北极气候的重要指示因子，北极海冰 范围和体积 在近几十年来发生了显著变化，由于 北极 海冰变化对地表反照率、大气与海洋之间的通量交换、全球水循环以及大洋环流具有重要调控作用，因此海冰变化 将 深刻影响全球气候变化。 北极海冰储量主要由两个过程决定：海冰在北极海盆内的热力学生长和融化，以及关键通道的海冰输出。 大气因子是对海冰变化产生调控的关键因素，其中，气旋是北极地区重要的极端局地天气尺度的大气活动，在一年四季频繁发生。气旋活动伴随的大风异常和携带的能量以及水汽可通过多种机制对 决定海冰储量 的两个关键过程 产生影响，与北极海冰的变化密切相关。在北极海冰大幅降低、对外强迫响应能力增强的背景下， 研究北极海冰的变化及影响因素具有重要的科学和战略意义 ，阐明气旋活动对海冰的调控作用以及具体机制，有助于理解北极放大背景下极端天气变化产生的环境效应和北极地区大气 - 海冰相互作用机制 。 基于每日海冰运动 （ Sea Ice Motion, SIM ） 、海冰密集度 （ Sea Ice Concentration, SIC ） 数据， PIOMAS （ the Pan-Arctic Ice Ocean Modeling and Assimilation System ）海冰模式输出的海冰厚度数据，以及欧洲中期天气预报中心（ European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF ）提供的第五代气象再分析数据集（ ERA5 ）等基础数据，本文获取了 1979-2021 年间海冰覆盖面积、体积、厚度、年龄以及关键通道体积输出的长时间序列；利用一种改进的气旋自动化识别和追踪算法提取了四十多年来北半球中高纬度地区（ 30°N-90°N ）的气旋系统轨迹，同时计算了描述气旋系统的关键特征要素，包括气旋形成和消亡、频率、强度、半径、迁移速度和距离；估算了大气向极能量和水汽的输送通量，对四十年来北极海冰变化以及气旋活动的调控作用进行了综合分析， 形成主要创新点和结论如下： 一、 1979-2021 年间北极海冰参数长时间序列的估算和综合分析 多源海冰参数长时间序列的分析结果表明，北极海冰覆盖范围（ Sea Ice Extent, SIE ） 、体积 （ Sea Ice Volume, SIV ） 、厚度 （ Sea Ice Thickness, SIT ） 以及关键通道的海冰体积输出量（ Sea Ice Volume Flux, SIVF ）都呈现明显的季节循环，一般地，最大值发生在寒冷月份，最小值发生在夏季。自 1979 年以来，北极海冰呈现剧烈减小趋势，具体来说， 海冰范围（月平均距平值总体呈显著的下降趋势，速度为每十年降低 4.56 × 10 4 km 2 ，海冰体积距平值的下降趋势更明显（每十年降低 2.50 × 10 2 km 3 ），意味着海冰体积的减小程度较覆盖范围的下降更甚，主要是由于不同季节北极地区各海域海冰厚度均呈现减少趋势。但值得注意的是，海冰密集度和厚度变化趋势的空间分布模态存在季节差异。此外，海冰年龄也呈现减小的趋势，多年冰大幅度减小，季节冰逐年增加。弗拉姆海峡是北极海冰输出的主要通道，全年输出体积量占总输出的 97 ％以上，四十多年以来，通过弗拉姆海峡输出的每月累积体积通量显著增加（每年增多 0.52 km 3 ），但年度累积输出体积的增加趋势并不显著，这归因于通道处海冰厚度和运动速度存在相反的长期变化趋势。 二、 1979-2021 年北极中高纬度地区气旋活动的变化和影响因子 基于自动提取的气旋活动数据集，本文统计了 1979-2021 年期间北半球中高纬度地区冬季和夏季发生的气旋系统的基本特征，分析了气旋活动的时空变化。发现夏季气旋活动数目较多、寿命、半径、移动距离高于冬季，但强度较低。北极地区气旋的位置、频率及其他特征要素的分布具有空间不均匀性， 冬季和夏季时巴芬湾及周边海域、阿拉斯加半岛、北欧海以及俄罗斯中北部以及东部均是气旋活动的高发区域，与冬季相比， 夏季欧亚大陆中部延伸到东部的气旋以及 北极海盆内的气旋活动更频繁。无论夏季还是冬季，北大西洋海域的气旋强度较大，其次是北太平洋。气旋活动在四十年来发生了明显变化， 冬季发生在北大西洋延伸至挪威海的区域以及格陵兰岛北侧的中央极区、夏季时东西伯利亚海向西至巴伦支－喀拉海地区气旋频率和强度逐年增加 。另外，北极气旋活动受到大尺度大气环流模态的调控，其中，北极涛动 （ Arctic Oscillation, AO ） 对北极气旋活动的调控最为显著。 三、向极大气能量和水汽输送的重要通道和长期变化趋势 ...
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