丁瑞昌，黃菲,4*

(1.物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；2.中國海洋大學(xué) 海洋高等研究院，山東 青島 266100；3.中國海洋大學(xué) 海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100；4.寧波大學(xué) 寧波市非線性海洋和大氣災(zāi)害系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江 寧波 315201)

1 引言

北極氣旋在調(diào)節(jié)北極的能量和水循環(huán)方面起著至關(guān)重要的作用[1-2]，從而影響諸多水文和氣象要素，如溫度、濕度、風(fēng)和海冰等參量[3-4]。最近的諸多研究證實(shí)無論是通過觀測還是再分析資料，北極地區(qū)正在發(fā)生更強(qiáng)烈和更持久的氣旋過程[5-7]，從而導(dǎo)致更強(qiáng)的風(fēng)應(yīng)力和更高的海冰氣能量通量[4]；氣旋產(chǎn)生的波浪會破壞冰蓋，上層海水與下層較暖水混合可能促進(jìn)海冰底層與側(cè)面的融化[4,8-9]；海冰不斷變薄也使得氣旋活動(dòng)導(dǎo)致的海冰減少更為劇烈[4]；此外異常的氣旋活動(dòng)也會通過影響大氣與海洋環(huán)流狀態(tài)進(jìn)一步影響海冰變化[10]。

通過歐拉方法[11]與拉格朗日追蹤識別氣旋方法[4,12]得以分析北極地區(qū)的氣旋活動(dòng)特征?？臻g分布上，北極氣旋在冬季主要生成于巴芬灣、加拿大西部、北歐海和巴倫支海，而夏季則生成于歐亞大陸東側(cè)與北太平洋阿拉斯加灣，通過向極輸送進(jìn)入北冰洋與加拿大北極群島[4,13-14]。這些向極輸送進(jìn)入極區(qū)的溫帶氣旋即廣義的北極氣旋，主要生成于50°～60°N 之間，夏季陸地上生成的氣旋更多，秋季到春季氣旋在海洋上生成的比例小于陸地[15]，而北極氣旋數(shù)量本身沒有季節(jié)變化，強(qiáng)度上冬強(qiáng)夏弱[5-6]。從時(shí)間趨勢來看，北極氣旋的頻數(shù)并沒有顯著變化，其強(qiáng)度在增強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間在增長，同時(shí)氣旋路徑向極一側(cè)偏移，極區(qū)的海平面氣壓（Sea Level Pressure,SLP）呈降低趨勢[1,4,15-17]，在年代際變化尺度上，大尺度環(huán)流系統(tǒng)與北極氣旋的活動(dòng)有著密切的聯(lián)系，北極氣旋活動(dòng)在北極濤動(dòng)（Arctic Oscillation,AO）正位相期間增強(qiáng)[3]。

隨著對北極氣旋研究的不斷深入，人們也注意到近幾年在北極出現(xiàn)的極端氣旋過程，即北極超強(qiáng)氣旋（Arctic Super Cyclone,ASC），例如2012 年和2016 年夏季北極發(fā)生的ASC 過程，這些極端事件的個(gè)例無論是發(fā)生發(fā)展過程還是氣旋空間結(jié)構(gòu)都符合上述北極氣旋的特征，甚至更強(qiáng)[7,18-21]。ASC 與北極放大效應(yīng)和海冰快速融化關(guān)系密切，其更強(qiáng)的熱力動(dòng)力過程對北極海冰的調(diào)制作用也更為顯著[22-23]。前人對ASC 的研究多集中于個(gè)例分析，缺少對這一類極端事件的定量分析，探究統(tǒng)計(jì)分析與環(huán)流特征對理解北極冰-海-氣相互作用有著重要意義。本文對1979-2016 年ASC 活動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，旨在揭示極端氣旋過程的分布特征及其對應(yīng)的大氣環(huán)流形勢特征。

2 資料和方法

Tanaka 等[24]通過分析3 個(gè)典型北極氣旋，將北極氣旋的定義歸納總結(jié)為：北極發(fā)生的單一極地氣團(tuán)構(gòu)成的正壓渦旋系統(tǒng)，但在討論北極超強(qiáng)氣旋時(shí)則需要考慮氣旋自身強(qiáng)度是否達(dá)到極端事件的標(biāo)準(zhǔn)。SLP是衡量氣旋強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一，通過SLP 閾值來定義極端氣旋不僅可以考慮某一時(shí)刻氣旋的峰值強(qiáng)度，還可以觀察到其移動(dòng)演變過程所影響的區(qū)域，Vavrus[18]將中心最低氣壓低于局地月平均氣候態(tài)40 hPa 的氣旋定義為極端氣旋，這一閾值來源于Chang 等[25]通過SLP 瞬變波擾動(dòng)值定義極端氣旋的方法。但考慮到極地氣旋的強(qiáng)度具有顯著的季節(jié)變率，冬季氣旋強(qiáng)度顯著強(qiáng)于夏季[5]，因此使用統(tǒng)一的閾值定義各個(gè)季節(jié)的極端氣旋會導(dǎo)致夏季幾乎沒有極端氣旋生成[18]，但夏季較薄的冰層、較大的開闊水域和較高的海表面溫度與近地面溫度使得夏季海冰更容易受到氣旋的影響，因此在定義ASC 時(shí)也應(yīng)當(dāng)考慮SLP 季節(jié)變率對閾值的影響。因此本文使用美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Centers for Environmental Prediction,NCEP）與美國國家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research,NCAR）1979-2019 年 共31 a 的逐日SLP 2.5°×2.5°再分析資料（https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html），統(tǒng)計(jì)1979-2016年北極（60°N 以北）逐日最低SLP 及其統(tǒng)計(jì)參量（表1），選取概率密度5%分位數(shù)對應(yīng)的氣壓值作為該月ASC 的定義閾值，若格點(diǎn)SLP 低于該值則認(rèn)為存在ASC 影響這一格點(diǎn)。結(jié)合表1來看，ASC 閾值存在顯著的季節(jié)變化，冬季（JFM）與秋季（OND）都低于970.0 hPa，最小值為956.9 hPa（1 月），春夏季則相對較高，最大值為982.9 hPa（7月）。這也與北極氣旋冬季顯著強(qiáng)于夏季相符[5]。

表1 北極（60°N 以北）海平面最低氣壓統(tǒng)計(jì)特征（單位：hPa）Table 1 The statistical characteristic of the lowest sea level pressure in the Arctic (north of 60°N,unit:hPa)

通過美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心（National Snow and Ice Data Center,NSIDC）基于NCEP/NCAR 再分析資料計(jì)算的北半球氣旋及特征資料（https://nsidc.org/data/NSIDC-0423/versions/1），空間分辨率為250 km×250 km，時(shí)間格點(diǎn)為每日4 次，中心最低氣壓低于氣旋所在月份的氣壓閾值的氣旋定義為ASC，生成位置位于60°N 以南的ASC 認(rèn)為是外部輸入氣旋，生成于60°N 以北的則認(rèn)為是原生氣旋。分析北極超強(qiáng)氣旋時(shí)空分布統(tǒng)計(jì)特征，再將頻數(shù)場回歸到NCEP/NCAR月平均海平面氣壓、氣溫、500 hPa 位勢高度和300 hPa緯向風(fēng)再分析資料以分析ASC 的大氣環(huán)流形勢及其與AO 的聯(lián)系。

3 北極超強(qiáng)氣旋統(tǒng)計(jì)特征

3.1 ASC 的頻數(shù)分布

從1979-2016 年ASC 頻數(shù)分布（圖1a）來看，主要的高頻區(qū)域分布在北大西洋、北冰洋大部和太平洋北部，這一結(jié)果與Zhang 等[5]對北極氣旋的分析一致，但極端事件的頻數(shù)遠(yuǎn)小于后者；具體來看北大西洋高頻區(qū)主要分布在伊爾明厄海-格陵蘭海-挪威海，最大值位于格陵蘭海南側(cè)（257 次），高頻區(qū)向東北側(cè)延伸至斯瓦爾巴群島南側(cè)和巴倫支海西北側(cè)；北極中央?yún)^(qū)馬克洛夫海盆也存在極大值區(qū)域（52 次），白令海與阿拉斯加灣也存在極大值（118次），但極值中心在極圈外，對極區(qū)影響較小。ASC高頻區(qū)域具有顯著的不對稱性，大陸區(qū)域ASC 頻數(shù)較小且主要分布在北歐海沿岸、亞歐大陸北岸、加拿大北極群島及白令海沿岸，洋區(qū)分布上大西洋扇區(qū)明顯強(qiáng)于太平洋扇區(qū)，同時(shí)大西洋扇區(qū)高頻區(qū)域呈西南-東北向分布指向極區(qū)，太平洋扇區(qū)則為東西向分布，北極中央?yún)^(qū)附近高頻區(qū)則偏向于季節(jié)性融冰的亞歐一側(cè)。

分區(qū)域和季節(jié)來看（圖1b至圖1e），北大西洋各季節(jié)都有ASC 活動(dòng)，尤其是冬季（98 次）和秋季（83 次）的伊爾明厄海與冰島南側(cè)，這兩個(gè)季節(jié)貢獻(xiàn)了該區(qū)域70%的ASC 活動(dòng)；北極中央?yún)^(qū)ASC 活動(dòng)則主要集中在春夏季，秋冬季也有極少數(shù)ASC，但位置則更趨向于岸界和大西洋扇區(qū)一側(cè)；北太平洋ASC多集中于60°N 以南且以東西向分布，在春季（45 次）達(dá)到最強(qiáng)，而60°N 以北的區(qū)域ASC 活動(dòng)極少，這表明盡管冬春季阿留申低壓附近風(fēng)暴活動(dòng)頻繁[12]，但能夠通過白令海峽進(jìn)入楚科奇海進(jìn)而影響極區(qū)的ASC極少。

3.2 ASC 的生消位置

為了進(jìn)一步分析ASC 的來源與消亡，通過閾值所篩選出的ASC 過程的生成消亡位置如圖2所示，ASC 主要的生成位置為北美大陸東岸至北歐海西南側(cè)，最大值出現(xiàn)在伊爾明厄海西側(cè)格陵蘭沿岸，此外亞歐大陸北部和東部、北美大陸中東部、北太平洋和極區(qū)也有生成，即影響北極的ASC 過程來源多樣復(fù)雜，既有沿中緯度風(fēng)暴軸向北輸送進(jìn)入極區(qū)的溫帶氣旋也有極區(qū)范圍內(nèi)的原生氣旋，此外還可能有北太平洋和北大西洋低緯度由熱帶氣旋變性為溫帶氣旋、極地氣旋輸入到高緯度的情況（圖2a）。ASC 的消亡位置則主要分布在伊爾明厄海、北歐海及北極中央?yún)^(qū)大西洋扇區(qū)一側(cè)，其附近的格陵蘭島、加拿大北極群島、歐亞大陸北岸和太平洋扇區(qū)也有分布（圖2b），相對于生成位置來說消亡位置更加集中，幾乎都在60°N 以北，表明進(jìn)入極區(qū)的ASC 大多在極區(qū)消亡且很難再回到中緯度地區(qū)，而太平洋扇區(qū)的消亡位置大多數(shù)位于阿拉斯加半島與堪察加半島南側(cè)，楚科奇海及波弗特海西側(cè)的消亡位置偏少，表明北太平洋強(qiáng)氣旋難以通過陸地屏障進(jìn)入極區(qū)[26]。

圖2 1979-2016 年間北極超強(qiáng)氣旋生成（a）、消亡（b）分布位置及其與高空急流的關(guān)系Fig.2 Distribution locations of Arctic super cyclone generation (a) and extinction (b),and their relationship with the upper-level jet stream

分季節(jié)來看（圖3），ASC 的生成位置在秋冬季更為集中，絕大多數(shù)生成自海上，大致沿北大西洋與北太平洋急流軸分布，盡管太平洋急流平均風(fēng)速遠(yuǎn)大于大西洋急流平均風(fēng)速，但ASC 的生成位置卻更偏向于大西洋一側(cè)；ASC 生成位置在春夏季更分散，海陸比例接近，且生成位置可以達(dá)到更北的區(qū)域。從區(qū)域上來看，北美東岸至北歐海全年都有生成點(diǎn)分布，冬季最多秋季次之，北大西洋暖流所產(chǎn)生的海洋鋒區(qū)強(qiáng)迫大氣斜壓性增強(qiáng)有利于氣旋擾動(dòng)在這里發(fā)展增強(qiáng)，而亞歐大陸北部西伯利亞地區(qū)及其北側(cè)的喀拉海至東西伯利亞海的ASC 絕大多數(shù)在春夏兩季生成，這與北極海冰夏季融化、開闊水域增加及極地鋒區(qū)（Arctic Front Zone,AFZ）的增強(qiáng)有關(guān)[14]。

圖3 不同季節(jié)北極超強(qiáng)氣旋生成、消亡分布位置及其與高空急流的關(guān)系Fig.3 Distribution of formation or extinction position of Arctic super cyclone in different seasons and their relationship with the upper-level jet stream.

消亡位置的分布相對集中，但空間分布隨著季節(jié)演變逐漸由北極邊緣區(qū)向中央?yún)^(qū)延伸，秋冬季消亡點(diǎn)主要分布在伊爾明厄海至北歐海及白令海北部，ASC 在秋冬季自身很難進(jìn)入極區(qū)給極區(qū)帶來直接影響，但可以通過改變大氣環(huán)流通過更大尺度的海-冰-氣耦合過程影響極區(qū)海冰凍結(jié)融化和漂流過程[27-30]；春季消亡位置的分布沿圖1的極大值區(qū)域自西向東延伸至東西伯利亞海，夏秋季時(shí)消亡位置幾乎覆蓋整個(gè)北極區(qū)域，但仍以兩大洋扇區(qū)入口處消亡點(diǎn)居多。

Crawford 和Serreze[26]對北極氣旋源地進(jìn)行區(qū)分時(shí)發(fā)現(xiàn)影響北冰洋（包括中央?yún)^(qū)、巴倫支海、喀拉海、拉普捷夫海和東西伯利亞海）的氣旋有35%～40%是極區(qū)原生氣旋，且這個(gè)比例每個(gè)季節(jié)大致相同，但源地卻不盡相同，冬季多來源于北美、大西洋和太平洋扇區(qū)，夏季則有一半以上是通過亞歐大陸一側(cè)進(jìn)入極區(qū)的，這樣的輸入氣旋能夠經(jīng)過海陸邊界的AFZ 進(jìn)而得到進(jìn)一步加強(qiáng)。而ASC 較廣義上的北極氣旋的特殊之處在于，由于對其強(qiáng)度設(shè)定了閾值，因此要求存在更有利于其強(qiáng)度維持和發(fā)展的條件，因此ASC 的生成地多位于海上，且主要既位于平均急流軸偏北側(cè)即急流偏北偏強(qiáng)時(shí)，又位于急流出口區(qū)左側(cè)正渦度平流隨高度增強(qiáng)的區(qū)域，在這種環(huán)流配置下才有可能維持ASC 的強(qiáng)度的同時(shí)向極區(qū)輸入，因此極地原生和陸地生成的ASC 明顯偏少。

3.3 ASC 頻數(shù)的年代際變化

Rinke 等[31]認(rèn)為北半球高緯度的海平面氣壓降低與全球變暖導(dǎo)致的風(fēng)暴軸向極移動(dòng)是極端氣旋事件增加導(dǎo)致的，尤其是冬季北極原生和向極輸送的強(qiáng)氣旋數(shù)量有所增加[1]，但通過設(shè)定5%極端閾值篩選出的ASC 過程卻無法看到這一趨勢（圖4a），即ASC 總體頻數(shù)并沒有顯著的年代際線性趨勢，但從不同時(shí)期和角度來看ASC 的年代際變化，仍然有較多特點(diǎn)值得探討。

全年來看極區(qū)原生ASC 占比較少，其頻數(shù)只有外部輸入ASC 的50.52%，其中這一比例在春季最高（71.24%），夏季次之（59.54%），秋季最少（30.6%），這其中也有較為極端的年份，例如1983 年和1992 年的春季原生ASC 頻數(shù)分別是外部輸入的2 倍與5 倍，而1994 年、2003 年、2011 年和2016 年的夏季原生ASC 是外部輸入的1.7 倍、2.5 倍、2 倍和1 倍；Simmonds 和Keay[3]揭示除北冰洋夏季氣旋活動(dòng)與北極夏季海冰的關(guān)系為北極9 月海冰范圍（Sea Ice Extent,SIE）最低值的減小與氣旋強(qiáng)度和空間尺度的增加呈正相關(guān)，與氣旋自身的頻率變化關(guān)系不大，本文的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中無論是原生ASC 還是輸入ASC（圖4b,圖4c）的頻數(shù)都沒有顯著的趨勢，而ASC 本身作為超強(qiáng)氣旋其自身的頻數(shù)（圖4a）也沒有顯著趨勢，但如果區(qū)分氣旋壽命來看，夏季生命史超過3 d 以上的長時(shí)間ASC 在增加，短時(shí)間ASC 在減少（圖4d，圖4e），而近些年來尤其是2012 年極端ASC[6]和2016 年多個(gè)氣旋合并維持超長時(shí)間ASC[1,27]等持續(xù)時(shí)間異常偏長ASC 的出現(xiàn)也體現(xiàn)了這一趨勢。

圖4 北極超強(qiáng)氣旋頻數(shù)年代際變化特征Fig.4 The time series and decadal variation trend of the seasonal frequency of Arctic super cyclone

4 ASC 環(huán)流特征及其與AO 的聯(lián)系

4.1 ASC 環(huán)流特征

將1979-2016 年各季節(jié)ASC 頻數(shù)回歸到大氣物理量場以分析ASC 發(fā)生發(fā)展同期的大氣環(huán)流形勢（圖5），從海平面氣壓場、氣溫場、500 hPa 位勢高度場及300 hPa 緯向風(fēng)急流來看，所有季節(jié)都表現(xiàn)為類似AO 正位相的環(huán)流型。冬季（JFM）極區(qū)（60°N 以北）出現(xiàn)顯著低壓異常，中緯度則為高壓異常，對應(yīng)區(qū)域的500 hPa 位勢高度極區(qū)極渦偏強(qiáng)、中緯度位勢高度正異常，溫度場上極區(qū)出現(xiàn)不對稱的偶極子分布即北極群島、格陵蘭地區(qū)冷異常和亞歐大陸暖異常，從300 hPa 緯向風(fēng)上來看副極地（45°～60°N）呈氣旋式環(huán)流西風(fēng)增強(qiáng)，中緯度西風(fēng)急流南側(cè)減弱北側(cè)增強(qiáng)對應(yīng)其北抬，尤其是在北大西洋急流出口區(qū)，西風(fēng)異常向東延伸至北歐和西伯利亞沿岸，即急流北翹的同時(shí)向東進(jìn)一步延伸。秋季（OND）的回歸場幾乎與冬季的空間模態(tài)相同，但對應(yīng)的異常值偏小，海平面氣壓場除了格陵蘭附近的低壓中心外在白令海峽、西西伯利亞也存在兩處負(fù)異常，表明秋季ASC 能夠向東進(jìn)一步深入極區(qū)（圖5d），與之對應(yīng)的兩個(gè)低壓異常區(qū)的西側(cè)出現(xiàn)冷異常、東側(cè)出現(xiàn)暖異常，而500 hPa位勢高度場副極地地區(qū)呈三波分布，這一點(diǎn)與冬季ASC 主要在北大西洋活動(dòng)有明顯不同。春夏季極區(qū)的SLP 負(fù)異常仍然很顯著，對應(yīng)高空極渦也偏強(qiáng)，這與北極氣旋的正壓垂直結(jié)構(gòu)相符，同時(shí)急流軸主軸都減弱，其北側(cè)出現(xiàn)緯向西風(fēng)正異常[21]，一方面有利于ASC 向極輸送，另一方面地面氣旋與高空極渦耦合的正壓結(jié)構(gòu)也增強(qiáng)了副極地區(qū)域的緯向西風(fēng)。

4.2 ASC 與AO 的聯(lián)系

AO 作為北半球秋冬季行星尺度大氣環(huán)流變率的首要模態(tài)在春夏季的表現(xiàn)較弱，因此春夏兩季（AMJ/JAS）回歸出的空間模態(tài)并不顯著，但對應(yīng)的回歸場在極區(qū)仍具有顯著的低壓、低溫、位勢高度負(fù)異常和急流偏北、急流主軸偏弱的異常特征（圖5），這表明ASC 活動(dòng)與AO 存在一定的聯(lián)系。對ASC 各項(xiàng)頻數(shù)的分析中無論是分析總的頻數(shù)變化、極區(qū)原生/輸入ASC 還是氣旋壽命都似乎能將整體的時(shí)間序列看作是雙峰分布，ASC 頻數(shù)第一個(gè)峰值出現(xiàn)在20 世紀(jì)90 年代早期而第二個(gè)峰值出現(xiàn)在21 世紀(jì)00 年代后期（圖4），這與AO 的年代際轉(zhuǎn)換極為類似，Thompson和Wallace[32]發(fā)現(xiàn)AO 在90 年代早期為正位相，Overland 和Wang[33]發(fā)現(xiàn)1996-2004 年AO 接近中性或負(fù)位相，從時(shí)間序列上來看在AO 顯著正位相期間AO 指數(shù)與ASC 頻數(shù)的滑動(dòng)相關(guān)指數(shù)都很高（圖6a），對應(yīng)地AO 正位相年份ASC 頻數(shù)偏多。分季節(jié)來看冬季的正相關(guān)性始終較好，90 年代后期至00 年代正相關(guān)性減弱實(shí)際上是由其他季節(jié)兩者的不一致變化貢獻(xiàn)的。將ASC 頻數(shù)與同期AO 指數(shù)做相關(guān)（表2）可以看到冬季無論是極區(qū)原生、外部輸入、長短生命史的ASC 頻數(shù)及總頻數(shù)與AO 指數(shù)的關(guān)系都很好，但在AO 空間模態(tài)不顯著的春夏季兩者的關(guān)系則較弱。此外，沒有達(dá)到ASC強(qiáng)度的常規(guī)氣旋的頻數(shù)則不具有這樣的關(guān)系。

表2 各季節(jié)北極超強(qiáng)氣旋、常規(guī)氣旋頻數(shù)與同期北極濤動(dòng)（AO）指數(shù)的相關(guān)系數(shù)Table 2 The correlation coefficient between frequency of Arctic super cyclones/ordinary cyclone and Arctic Oscillation index in the same period

圖5 北極超強(qiáng)氣旋大氣環(huán)流回歸場特征Fig.5 Regression characteristics of atmospheric circulation of Arctic super cyclone

圖6 北極濤動(dòng)（AO）指數(shù)與北極超強(qiáng)氣旋（ASC）頻數(shù)的關(guān)系Fig.6 The relationship between the Arctic Oscillation (AO) index and the Arctic super cyclone (ASC) frequency

將1979-2016 年 共891 個(gè)ASC 過程前后1 周的日AO 指數(shù)挑選后進(jìn)一步分析表明，幾乎所有的ASC（94.6%）在其達(dá)到中心氣壓最低時(shí)刻前后1 周內(nèi)AO 指數(shù)極大值都為正，其中546 個(gè)（61.3%）ASC 對應(yīng)AO 指數(shù)極大值超過1 倍標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到AO 正位相，546 個(gè)中有336 個(gè)（61.5%）的AO 指數(shù)極大值滯后于ASC中心氣壓發(fā)展到最低時(shí)刻，其余的則是在AO 正位相已經(jīng)建立的前提下發(fā)展達(dá)到最強(qiáng)。綜上所述，盡管ASC 是偶發(fā)的極端天氣尺度過程，但仍能一定程度上反映同期季節(jié)尺度的大氣環(huán)流形勢甚至能夠反映AO 在年代際尺度上的正負(fù)位相突變，極端ASC 過程本身就可以作為一種衡量氣候變化的指標(biāo)，同時(shí)它自身也將會對北極的海-冰-氣耦合過程造成深遠(yuǎn)的影響。

5 總結(jié)與討論

本文通過NCEP/NCAR 的SLP 再分析資料，使用極區(qū)最低氣壓概率密度譜5%分位數(shù)作為閾值定義了北極地區(qū)超強(qiáng)氣旋過程，結(jié)合了NSIDC 基于NCEP/NCAR 再分析資料追蹤識別的北半球氣旋及特征資料分析了ASC 空間分布、生成消亡位置、年代際變化趨勢等活動(dòng)特征，發(fā)現(xiàn)用于判別ASC 的極區(qū)最低氣壓概率密度譜5%分位數(shù)閾值具有冬季低夏季高的單峰型季節(jié)變化特征，表明ASC 在冬季遠(yuǎn)強(qiáng)于夏季；ASC 的路徑分析表明其主要通過大西洋扇區(qū)經(jīng)北歐海-巴倫支海-喀拉海輸送進(jìn)入極區(qū)，也存在少部分從太平洋扇區(qū)輸入或在極區(qū)生成；ASC 大多數(shù)生成于兩大洋急流軸或急流出口區(qū)北側(cè)，極少數(shù)生成于大陸或低緯度，絕大多數(shù)ASC 在極區(qū)消亡很難回到中低緯度。此外，極區(qū)原生ASC 頻數(shù)占總數(shù)約1/3，外部輸入和極區(qū)原生ASC 的頻數(shù)沒有顯著增多趨勢，但長時(shí)間生命史ASC 頻數(shù)以0.49 次/(10 a)的速率增長，表明ASC 的持續(xù)時(shí)間在增長。

ASC 頻數(shù)與AO 指數(shù)的相關(guān)性很好，尤其是在冬季，當(dāng)ASC 頻數(shù)偏高時(shí)，極區(qū)出現(xiàn)顯著低壓和冷異常，中緯度-副極地地區(qū)出現(xiàn)高壓和暖異常，北歐海東西兩側(cè)溫度梯度增加斜壓位能增強(qiáng)；高空極渦加深偏向北美一側(cè)，與ASC 中高緯向極輸送的主要路徑北大西洋扇區(qū)一致；北大西洋急流軸南北擺動(dòng)增加，北美一側(cè)急流呈西南-東北走向深入極區(qū)，而北太平洋急流主軸減弱，北側(cè)副極地西伯利亞急流偏強(qiáng)。在這種環(huán)流型的配置下，有利于氣旋的發(fā)生發(fā)展并引導(dǎo)氣旋沿北大西洋扇區(qū)深入極區(qū)東部。Wallace[34]與Thompson等[35]從波流相互作用角度認(rèn)為AO 的位相變化是大氣內(nèi)部過程即大氣緯向流和天氣尺度波之間的相互作用所激發(fā)的，尤其在北大西洋區(qū)域天氣尺度波與緯向流發(fā)生劇烈相互作用時(shí)會發(fā)生波破碎過程并伴有AO 指數(shù)的極值出現(xiàn)，Benedict 等[36]認(rèn)為北大西洋反氣旋式波破碎有利于AO 正位相的建立，對應(yīng)AO 正位相時(shí)北大西洋急流軸與風(fēng)暴軸偏北[37]。而向極輸送的ASC 很可能在波破碎過程中發(fā)揮著重要作用，其通過波流相互作用調(diào)制AO 位相，AO 正位相反饋增強(qiáng)ASC 生成發(fā)展的相互作用機(jī)制值得進(jìn)一步探究。隨著北極放大背景下北極海冰快速融化、海冰厚度快速變薄及開闊水域增加，北極海冰越來越容易受到ASC 過程的熱力與動(dòng)力強(qiáng)迫，ASC 過程與極區(qū)氣候、海冰快速變化的聯(lián)系也值得進(jìn)一步探究。