海冰表面积雪对太阳辐射的传输和冰雪反照率反馈起着重要的调节作用，有助于北极海冰的质量和能量平衡过程。近几十年来，海冰表面积雪深度迅速减少，海冰损失加速。大气河流（AR）是对流层底层强水汽输送的瞬时通道，具有狭窄和细长的特征。AR与降水、洪水、干旱甚至全球和区域气候反馈有关。AR和随后的地表能量收支响应是导致北极海冰演变的关键机制。AR对海冰的一些影响是通过影响积雪产生的。然而，AR对积雪深度变化的作用很容易被忽视。作为一种重要的天气尺度特征，AR对海冰表面积雪深度的变化有什么作用？
基于ERA5再分析数据，采用Mattingly方法获取了6小时分辨率的AR识别结果。基于三种不同来源积雪深度数据，生成了2002至2022年北极海冰表面积雪深度估计值。然后基于生成的数据集，分析了北极不同区域、不同季节AR和积雪深度的分布格局和时空变化。最后，量化了AR对积雪深度变化的影响并讨论了影响的机制。
结果表明，2002至2022年AR发生频率的多年平均值介于0至15%之间，夏季AR发生频率最高，冬季最低；春夏季10个子海域的AR发生频率均增加（图1）。除加拿大北极群岛海域和巴芬湾外，其他八个海域在四个季节的积雪深度都表现为下降的趋势（图1）。AR在北极海冰表面积雪深度变化中起着不同的作用。一般来说，在寒冷季节，更频繁的AR会促进积雪深度增加。在温暖季节，AR发生频率的增加促进了积雪深度的减少（图2）。其中，AR对春夏季楚科奇海积雪深度的减少贡献了90%以上；对秋冬季东西伯利亚海积雪深度的增加贡献了70%以上（图2）。这项工作有助于我们了解AR对北极海冰表面积雪深度变化的影响，促进对气候系统的理解，并为海冰模型中的积雪处理提供理论依据。
图1.（a）北极AR频率、AR频率趋势，（d）积雪深度（SD）和SD趋势多年平均值（2002-2022）的空间分布。北极十个子海域的（b）AR频率，（c）AR频率趋势，（e）SD和（f）SD趋势的区域平均值。注：（（a）中的绿色多边形和（d）中的紫色多边形表明趋势在95%的置信水平下显著；（c）和（f）中的白色字体表示p<0.01，紫色字体表示p<0.05）
图2北极不同海区AR发生对积雪深度变化的贡献（%）和相应的不确定性（%）。注：正（负）贡献值表明，AR频率的增加促进了积雪深度的减少（增加）。
研究成果于2024年7月24日以“The Varied Role of Atmospheric Rivers in Arctic Snow Depth Variations”为题发表在《Geophysical Research Letters》上。bwin李海丽博士为论文第一作者，柯长青教授为论文通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、bwinAI & AI for Science专项、国家重点研发计划项目子课题联合资助。
论文信息：
Haili Li, Chang-Qing Ke, Xiaoyi Shen, Qinghui Zhu, Yu Cai, Lanhua Luo. (2024).The Varied Role of Atmospheric Rivers in Arctic Snow Depth Variations. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL110163. https://doi.org/10.1029/2024GL110163