《SCIENCE ADVANCES》：Evolving synchronization of the Gulf Stream and Kuroshio-Oyashio Extension in a changing climate
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针对西边界流及其延伸区（WBCEs）在北太平洋和北大西洋的大尺度耦合变率现象，研究人员聚焦其季节性和可预测性，开展主题为"气候变暖背景下湾流与黑潮-亲潮延伸区在夏季同步性增强及其与北极海冰的联系"的研究。利用观测数据和高分辨率气候模拟，揭示了夏季WBCE海表温度（SST）的协同变化与前期北极海冰变异（特别是格陵兰-巴伦支海海冰减少）通过准静止行星波相联系。结果表明，这一耦合变率虽源于内部变率，但未来在更高辐射强迫下，随北极海冰减少可能减弱。这项研究阐明了跨海盆气候模态的季节驱动机制，对理解中纬度气候预测和未来变化具有重要意义。
在广袤的全球大洋中，有一些被称为“西部边界流”的强大洋流系统，例如北太平洋的黑潮及其延伸区域（Kuroshio-Oyashio Extension, KOE）和北大西洋的湾流（Gulf Stream, GS）。这些暖流在离开大陆架后转向东流，形成了复杂的海洋-大气相互作用区。近年来，科学家们发现这些相隔遥远的洋流系统竟然在年代际尺度上表现出同步变化的迹象。然而，这种跨海盆的“默契”背后藏着怎样的秘密？它是否有特定的季节性规律？在全球气候持续变化的背景下，这种同步性又将如何演变？理解这些问题，对于预测中纬度地区的气候、海洋热浪乃至渔业资源都至关重要。
为了解决这些问题，一项发表在《SCIENCE ADVANCES》上的研究展开了深入探索。研究人员综合利用了多套观测数据（如ERA5、OISSTv2.1、ERSSTv5）和高分辨率地球系统模式（GFDL SPEAR模型）的模拟结果。他们采用了奇异值分解（SVD）等统计方法来量化KOE与GS海表温度（SST）异常的协同变化，并定义了WBCE协同变率指数。通过回归分析、波活动通量（WAF）计算以及混合层热收支分析等手段，揭示了从前期冬季北极海冰异常到夏季中纬度海洋温度异常的物理链条。此外，研究还设计了热通量调整（HFLXADJ）实验，并对比了不同未来情景（如SSP245和SSP245OS）的模型模拟，以探究辐射强迫变化对WBCE协同变率的影响。
主要研究结果
Summertime covariability of the Northern Hemisphere WBCEs（北半球西边界流及其延伸区在夏季的协同变率）
观测和模型结果一致表明，KOE和GS的SST异常在夏季（7-8-9月，JAS）表现出最强的协同变率。SVD分析显示，夏季WBCE协同变率指数与北半球中高纬度大范围海洋的SST异常以及欧洲、东亚、北美西部等地陆表气温异常显著相关。季节分析进一步确认，与其他季节相比，JAS期间的协同变率最为突出，且在整个历史记录中持续为正相关，表明其作为一种内部气候变率模态的稳定性。
Physical processes driving summertime WBCE covariability（驱动夏季WBCE协同变率的物理过程）
研究表明，夏季WBCE的协同变率与前期冬季（如前一年11-12-1月，NDJ-1）北极地区，特别是格陵兰-巴伦支海的海冰减少及海洋向大气的热通量释放有关。这些异常会激发准静止的罗斯贝波列，波活动通量从高纬向中纬度传播。到了春季和夏季，这种大气环流异常演变为覆盖北太平洋和北大西洋的纬向偶极子风场异常，导致中纬度急流北移，并在KOE和GS区域上空形成反气旋异常。这些大气条件通过表面热通量促使海洋表层增暖，从而驱动了夏季WBCE SST的协同异常。热通量调整实验（HFLXADJ）证实，人为增强格陵兰-巴伦支海区域的冬季海洋热释放，确实能强化连接北极与中纬度的波列，并显著增强所有季节、尤其是夏季的WBCE协同变率。
WBCE SST covariability in a changing climate（气候变化下的WBCE SST协同变率）
未来气候预估显示，在中等排放情景（SSP245）下，随着温室气体浓度增加、北极海冰持续减少且变率减弱，夏季WBCE协同变率与前期格陵兰-巴伦支海海冰（SICGB）的联系可能会削弱，导致协同变率本身也可能减弱。然而，在一个假设的温室气体浓度在21世纪中叶后下降的缓解情景（SSP245OS）中，北极海冰范围和变率有所恢复，WBCE协同变率也相应更强。这揭示了辐射强迫通过改变北极海冰的均值和变率，进而调制中纬度海气耦合内部变率的潜在机制。
研究结论与意义
这项研究系统揭示了北半球两大西边界流系统在夏季表现出的显著协同变率，并将其与前期冬季北极海冰变异联系起来，阐明了从北极海冰减少到中纬度大气环流异常，再到海洋边界流温度协同变化的跨季节物理机制。研究表明，这种协同变率虽然本质上是气候系统的内部变率，但其强度受到外部辐射强迫的调制：历史时期观测到的协同变率增强可能与北极海冰变率增加有关，而在未来持续变暖导致北极海冰大幅减少的情景下，这种协同变率可能减弱。
该发现具有重要的科学和实际意义。首先，它将北极海冰变化与中纬度关键海洋区域的季节性气候联系起来，增进了对跨半球、跨季节气候遥相关过程的理解。其次，研究指出前期冬季北极海冰状况可能为预测夏季中纬度海洋温度和关联的陆地温度极端事件提供潜在的可预报性来源。最后，研究强调了高分辨率气候模式在模拟海洋中小尺度过程（如涡旋）和真实海气相互作用中的重要性。这项工作为季节性气候预测、理解未来气候变化对海洋生态系统及渔业资源的潜在影响提供了新的视角和理论基础。
