利用稀有事件算法探究夏季北极海冰锐减的极端事件

多项研究已识别出北极海冰锐减极端事件（如2007年与2012年夏季所观测到）的可能驱动因素，包括前置条件、局地反馈机制、海洋热输送以及天气尺度与大尺度大气环流。然而，对海冰锐减极端事件开展稳健的定量统计分析，因在观测与计算昂贵的气候模式数值模拟中可采样的事件数量稀少而受阻。近期研究通过使用稀有事件算法——即统计物理中开发用以降低数值模拟中采样稀有事件所需计算成本的计算技术——来解决气候极端事件采样问题。在此，我们将一种稀有事件算法应用于中等复杂度耦合气候模式PlaSim-LSG的集合模拟，以探究前工业温室气体条件下夏季泛北极海冰面积负异常的极端事件。得益于该算法，我们估计的极端事件回归时间比直接采样可行范围广数个数量级，并计算出以这些极端事件发生为条件的动力量的统计显著合成图。我们发现，PlaSim-LSG中极低海冰夏季与通过冬季海冰-海洋状态的前置条件、因异常湿润温暖的春季北极大气导致的向下长波辐射增强，以及春季-夏季转换期间向下感热通量增强相关联。作为这三过程的结果，海冰-反照率反馈在春季被激活，并导致夏季既有海冰面积异常的放大。