1 引言
自20世纪中期以来， 全球平均温度以0.12 ℃·（10a）-1的速率持续升高（Huang et al， 2017）。最新发布的IPCC第六次评估报告（AR6）对未来几十年全球变暖水平进行了估计。报告预测， 未来几十年， 全球气候变化都将加剧。除非立即、 大规模减少温室气体的排放， 否则难以将变暖限制在1.5~2 ℃的范围内。除温度变化外， 气候变化还包括湿度、 风、 冰、 沿海地区和海洋的变化等， 而这些变化都将随着进一步变暖而加剧。许多气候变化是数千年来前所未有的， 而一些已经启动的变化， 如海平面上升， 在数百到数千年内是不可逆转的。在全球变暖的驱动下， 北极地区地表温度也出现持续升高， 北极系统中海冰、 冰川、 冰盖、 永久冻土及其他组成成分的变化逐渐显现（IPCC， 2021）。当地球气候受到温室气体增加等因素的影响时， 极地地区比低纬度地区的近地表升温更加迅速（Manabe and Stouffer， 1980）。Screen and Simmond（2010）以及赵进平等（2015）研究表明， 21世纪以来， 北极地区地表温度增加速率是全球平均水平的2倍， 被称为“北极放大”现象。特别是1998 -2012年， “北极放大”现象进一步增强， 北极变暖速率达全球平均水平的6倍（Huang et al， 2017）。图1 显示1963 -2012年间北半球高纬度地区年平均温度变化。增温呈现极向增加的特征， 与北极放大一致。增温最强烈的地区位于北冰洋， 增温幅度为2~4 ℃。北极地区对温度变化较为敏感的原因是雪盖和海冰对于近地面温度的升高极为敏感。据研究， 在北极变暖的同时， 海冰范围以每10年3.8%的速率持续减少， 而多年海冰减少速度更快， 为每10年减少11.5%， 雪盖和冰川也有不同程度的减少（Comiso and Hall， 2014）。
图1 1963 -2012年间年平均气温变化（单位： ℃）（引自Walsh， 2014）Fig.1 Change of annual air temperature from 1963 to 2012.Unit： ℃ （cited from Walsh， 2014） |
北极是全球气候系统重要的“指示器”（Walsh， 2014）。北极气候变化会导致一系列气候效应， 对中纬度地区甚至全球气候产生影响。有研究表明， 北极变暖增加了高空的位势高度， 增强了乌拉尔山附近的高空脊， 并使西伯利亚高压得到加强（Cheung et al， 2013； Cohen et al， 2014b）。西伯利亚高压持续时间增加并向东亚地区扩展， 使东亚冬季沿海地区和邻近海域冷平流增强， 东亚冬季风系统（East Asian Winter Monsoon， EAWM）显著增强， 范围扩展到内陆地区， 有利于冷空气向东亚地区输送（Bueh， 2011）， 形成“暖北极-冷欧亚”的格局（Cohen et al， 2014a； Kim et al， 2014）。除东亚和欧洲外， 北极变暖对北美地区也有很大影响。Chen and Luo （2017）发现由于北极变暖， 巴芬湾、 戴维斯海峡海冰大幅度下降导致格陵兰阻塞事件显著增加， 北美东部出现强烈冷异常。Mills et al （2016）基于模型研究发现， 秋季北极阿拉斯加海洋感热通量异常可形成行星波模式， 向下游传播到北美地区， 造成美国东部冷异常。Kug et al （2015）发现， 1979/1980 -2013/2014年12月至次年2月期间， 北极阿拉斯加海表温度正异常与美国东部低温和位势高度场呈负相关。美国东部冷事件对应250 hPa异常的位势高度场， 东北太平洋或格陵兰岛上空的高脊与北美中部和东部的低槽组成冬季气候波， 影响北美地区气候。北极变暖还会对大气环流的相互作用过程产生影响， 使中纬度地区极端事件增多（Overland et al， 2011）、 冬季严寒（Screen， 2017）， 使赤道太平洋表面冷却（Kosaka and Xie， 2013）等。
北极变暖是全球变暖持续的一个不可避免的方面， 且对北极影响中纬度天气气候机制的认识是提升中纬度天气预报的重要途径， 因此有关“北极放大”现象驱动因素的相关研究在近些年来成为气象学界研究的重点。“北极放大”现象的驱动因素较为复杂， 目前尚未明确定论。一些学者认为， “海冰-反照率反馈”是驱动“北极放大”现象的核心因素（Dai et al， 2019； Graversen et al， 2014； Screen and Simmonds， 2010； Taylor et al， 2013； Hall， 2004）， 海冰反照率反馈将海冰的消失与北极对流层低层变暖以及随后的海冰融化联系起来， 其他因素均通过海冰、 积雪融化间接影响“北极放大”现象（Dai et al， 2019）。也有研究表明， 温度反馈的贡献最大， 其次才是海冰反照率反馈（Pithan and Mauritsen， 2014）， 在没有海冰反照率反馈的情况下北极放大现象依然显著（Alexeev et al， 2005）。也有学者认为云和水汽反馈同样非常重要（Ghatak and Miller， 2013）。除北极局地的反馈作用外， 大气与海洋的极向输送对北极放大的作用也受到越来越多的关注（Messori et al， 2018； Polyakov et al， 2017）。
本文将梳理近些年研究成果， 总结北极气候变化对中纬度地区的影响， 并重点介绍海冰反照率反馈、 云和水汽反馈及热量和水汽的极向输送三者对“北极放大”现象的作用。最后提出目前尚存在的争议和问题。
2 “北极放大”现象的主要驱动因素
北极地区快速升温的直接驱动因素是能量收支失衡。气象学界采用了模式模拟、 气象卫星观测、 雷达探测等一系列手段探究能量收支失衡的原因， 但由于数据缺失、 精度不足、 研究方法不同等原因， 目前北极放大的关键驱动因素还存在分歧。目前所公认的主要驱动因素主要有三种： 一是北极局地气候反馈； 二是由于大气湿度和云量增加导致的下行长波辐射增加； 三是大气和海洋极向热输送的增加。除此之外， 中高纬度积雪的增加会通过影响大尺度环流系统影响北极温度变化。
2.1 北极局地的气候反馈
2.1.1 海冰-反照率反馈
北极地区的下垫面主要是海洋， 海冰厚度和覆盖面积的变化会对北极气候产生影响。海冰具有高反照率和低热传导率， 它能够阻隔海气之间的物质和热量交换， 海冰的减少使得海面更为开阔， 海洋吸收太阳辐射增加， 一方面直接促进海冰融化， 另一方面开阔的海面对大气异常加热， 促使海冰进一步融化， 形成正反馈效应。此外， 上层海洋在太阳辐射较强的季节吸收热量， 并在秋冬季节释放回大气， 减缓大气冷却， 而在海冰存在的情况下， 冷却更为迅速（Schweiger et al， 2021）。
9月是海冰融化季的末期， 也是海冰对气候变化最为敏感的时期， 因此很多研究把9月海冰的变率作为衡量北极变暖的重要指标（丁庆华， 2021）。1979 -2002年9月份北极海冰范围以每10年9.1%的速率减小， 而美国国家大气海洋局（NOAA）最新发布的《北极报告》（Arctic Report Card 2021）中显示， 在1979 -2021年， 这个值高达12.1%。然而， 在气象学上被认为是海冰范围最大的3月， 海冰范围减少的速率小得多， 在上述两个期间内分别为每10年1.8%和2.6% （Moon et al， 2021； Cavalieri et al， 2003）。图3 显示了近几年来北极海冰范围对比， 与1981 -2010年相比， 海冰覆盖范围明显减少， 2017 -2020年， 海冰范围大致呈现出连年下降的趋势。9月海冰覆盖范围也逐渐减小， 除海冰范围出现极小值的2012年外， 9月海冰范围逐年降低， 这表明北极地区多年海冰正在减少， 而季节性海冰的范围正在增加。
图3 2012年及2017 -2020年期间北极海冰范围（海冰密集度>15%的海洋面积）变化来源： Charctic Interactive Sea Ice Graph | Arctic Sea Ice Newsand Analysis （nsidc.org） Fig.3 Arctic sea ice extent （sea ice concentration >0.15） in 2012 and 2017 -2020.Source： Charctic Interactive Sea Ice Graph | Arctic Sea Ice Newsand Analysis （nsidc.org） |
图4 1979 -2011年北极地区增温趋势的垂直廓线阴影区域显著性水平通过0.05 （武丰民等， 2014） Fig.4 Vertical profile of warming trends in the Arctic from 1979 to 2011.The shaded area is at the 0.05 significance level （from Wu et al， 2014） |
由于下垫面的海冰和雪盖反射了大量入射太阳辐射， 大量研究认为冰雪反照率反馈是北极放大的主要原因（Holland and Bitz， 2003）。而最近的一些研究发现， 北极放大在秋冬季最为显著（Stroeve et al， 2014； Screen and Simmonds， 2010）， 而秋冬季入射太阳辐射较弱， 导致海冰反射率反馈较弱， 这说明在秋冬季节， 海冰反照率反馈并不是北极放大的主要原因。模型研究表明， 当没有海冰减少时， 北极变暖大大减弱， 这表明北极放大与海冰减少导致的海洋向大气的热量输送密切相关（Bintanja and van der Linden， 2013； Boeke and Taylor， 2018）。而Winton （2006）比较了IPCC第四次评估报告（AR4）中使用的12个模型， 发现地表反照率反馈是北极放大的一个重要而非主导机制。更重要的是与长波辐射（LWR）变化有关的反馈， 例如水汽和云量的增加。除此之外， 大气和海洋经向能量传输的变化也比地表反照率反馈发挥更大的作用。
2.1.2 普朗克反馈
根据普朗克黑体辐射定律， 物体发出的能量随温度的升高而迅速增大。在外部辐射强迫相同的情况下， 物体绝对温度越高， 为达到向外辐射平衡所需的温度调整越小。例如： 假设外部辐射强迫为1 W·m-2， 当温度为30 ℃时， 地表需升高0.16 ℃以达到外部辐射平衡； 当温度为-30 ℃时， 则需升高0.31 ℃来达到辐射平衡（Pithan and Mauritsen， 2014）。极地地区绝对温度较低， 因此需要更大的升温才能达到辐射平衡。目前， 有关于普朗克反馈的研究一致认为， 普朗克反馈在北极为负反馈， 但其对北极放大的作用为正（Screen and Simmonds， 2010； Pithan and Mauritsen， 2014）。
2.2 云-水汽反馈
饱和水汽压是水汽达到饱和时的水汽压强， 即空气中所能容纳的水汽含量。饱和水汽压的大小与温度有直接关系。饱和水汽压随温度的升高显著增大。如果空气的相对湿度不变， 那么空气的实际湿度将随着饱和水汽压的增大而不断增大。水汽是一种重要的温室气体， 集中分布在大气低层。北极地区海冰融化导致海洋蒸发量增大， 大气湿度的增加使水汽吸收更多的地面长波辐射， 从而使下行长波辐射增加并使地面升温， 导致海冰进一步融化。研究表明， 在年际时间序列中， 下行长波辐射的变化与海冰的变率相关（Francis and Hunter， 2006）。北极对水汽反馈较为敏感的另一个原因是北极大气干燥， 尤其是在冬季， 因此空气湿度的细微变化都会对到达地面的下行长波辐射造成较大的影响。因此， 水汽反馈被认为是影响北极气温快速升高的关键因子。
近期的一些研究表明， 北极地区的大气湿度在不断增加。近几十年来， 由于海冰的融化， 北极湿度大大增加， 并促进了北极放大现象的发生， 尤其是在夏季和早秋（Screen and Simmonds， 2010）， 且湿度变化最大的地区位于北冰洋上空。Serreze et al （2012）使用了大气再分析资料和无线电探空测风仪资料证明60°N以北湿度的极向变化。湿度的增加不仅表现出季节性和区域性， 并且研究发现在1979 -2010年， 500 hPa的可降水量显著增加。
不仅水汽反馈过程对北极放大有重要作用， 云的变化对反馈过程的影响也是一个重要因素。云能够吸收地面长波辐射并起到保温和能量再分配的作用（Curry et al， 1993）。Eastman and Warren （2010）和Vavrus et al（2012）分别使用观测数据和气候模型进行研究， 结果表明北极秋季云量增加。除此之外， Vavrus et al （2012）还利用CCSM4模型模拟发现21上半世纪的夏季北极地区云量增加的趋势减缓。Screen and Simmonds （2010）认为相较于海冰和水汽而言， 云量对现阶段北极变暖的作用小得多。但由于资料及数据不足， 云对北极放大效应的具体贡献还无法确定。
水汽增多会导致下行长波辐射增多。图4 显示最近的北极增暖主要集中在近地面， 向上逐渐减小。大部分到达地面的下行长波辐射来源于更低层大气射出的长波辐射， 因此更低层大气的增暖会导致下行长波辐射的增加。Bintanja and van der Linden （2013）的研究结果表明由对流层低层增暖和水汽增多共同导致的反馈作用称为红外反馈。红外反馈对冬季北极增暖现象的贡献约为海冰反照率反馈的三倍。Ghatak and Miller （2013）也有相似的结论， 认为由水汽增多造成下行长波辐射增加对北极变暖的贡献具有高度的季节性， 在冬季有最大值， 夏季有最小值。
另一个造成北极地区近地面强烈升温的原因是近地面强的静力稳定度。冬季强逆温层将热量集中在低层， 促进近地面层增温（Akperov et al， 2019）。
2.3 极向热输送的增加
热量和水汽的极向输送是北极地区能源收支的重要组成部分， 可通过洋流和大气环流实现。进入北极的总热量输送（大气和海洋）主要以大气输送为主。从北极地区的地理位置可以看出， 向北极输送热量的通道主要有两条： 一条是大西洋海水通过弗拉姆海峡、 巴伦支海向北极地区输送热量； 另一条是温暖的太平洋海水通过白令海峡进入北冰洋。通过白令海峡输送到北极的海水的盐度比大西洋海水低， 仅停留在海面附近。因此， 通过白令海峡的海洋热传输的增加比进入巴伦支海的热传输更直接地促进海冰融化， 海冰融化又进一步促进了反照率-温度正反馈。然而， 通过白令海峡的热传输的增加要小得多。进入巴伦支海的海洋热量传输增强导致海冰减少、 海洋热量释放增强和局部压力降低， 控制了进入北极的海洋热量输送的增加。向北输送的大西洋水团温度升高是海洋热量输送增强的主要原因。
图6 弗拉姆海峡地区和北冰洋东部的测深图4月平均海冰面积（白色实线表示1989 -1995年； 点画线为1963 -1969年）； 1979 -2000年9月平均海冰面积（插图）由白色阴影表示； 白色箭头表示弗雷姆海峡地区的冰流向； 红色箭头表示大西洋水的流向； 大西洋的水流位于北冰洋的盐跃层以下（Spielhagen et al， 2011） Fig.6 Bathymetric maps of the Fram Strait region and the eastern Arctic Ocean.Average sea ice area in April （solid line： 1989 -1995； dot line： 1963 -1969）.September average sea ice area from 1979 -2000 is represented by white shading（inset）.White arrows indicate where the ice flows in the Fram Strait area.Red arrows indicate the direction of water flow in the Atlantic Ocean.The current of the Atlantic Ocean lies below the Arctic halocline （Spielhagen et al， 2011） |
北大西洋经向翻转环流（AMOC）常被用作北方热量输送的监测指标。大西洋表面水团相对较暖， 因此， 有学者认为强烈的AMOC可能会导致向北极输送的热量增加， 从而使AMOC与热通量之间呈正相关。此外， AMOC异常引起的海洋极向热输送的变化会很大程度上影响下一年海冰的分布， 而近几十年海冰的迅速融化正是由于增强的AMOC携带大量热量进入北冰洋， 加热了海洋表面和低层大气， 从而使海冰迅速融化并加强了“北极放大”现象（Spielhagen et al， 2011； Yoshimori et al， 2017； Smeed et al， 2014）。然而最近有观测和模型表明尽管AMOC在减弱， 海洋向北的热输送仍有可能增加。越来越多的证据表明AMOC的减弱不是驱动北极增温的原因， 而是北极增温产生的结果（Smeed et al， 2014）。
除了洋流之外， 大气环流也是热量与水汽的重要输送通道。随着低纬度地区的大气变得更加温暖和湿润， 极向输送的热量和水汽也会增加（Ghatak and Miller， 2013）。北极变暖会导致纬向风径向分量增加（见2.1）， 北极地区可通过槽脊与低纬度地区进行热量和水汽交换。Cai （2005）认为向极地输送的大气热量导致了北极放大效应， 而水汽的输送进一步增强了北极放大。Hwang et al （2011）在CMIP3模型中发现， 北极放大与21世纪大气（海洋）极向热输送之间存在负（正）相关。研究表明， 远程变暖在北极变暖中占主导地位（Chung and Räisänen， 2011）， 海冰融化使北极变暖加剧（Screen and Simmonds， 2013）。除此之外， 北极涛动（AO）与北大西洋涛动（NAO）也被证实与北极变暖有关。在过去50年里， 对流活动的增强导致中纬度西风带的增强， 由于大西洋板块的地转性， NAO/AO的正位相得到加强（Hoerling et al， 2011）。分析20世纪中期的数据资料发现， NAO指数与北极温度有相关性——NAO指数的年际变率与60°N -90°N的地面温度数据显著相关。这表明NAO的加强和热带海洋的变暖对北极变暖有一定贡献。
2.4 中高纬度积雪对“北极放大”现象的影响
积雪的高反照率和低热传导率会影响下垫面性质， 影响地表辐射平衡， 阻碍地表与大气间热量和水汽交换， 对气候产生重要影响（Hahn and Shukla， 1976）。卫星观测表明， 欧亚大陆积雪范围在过去几十年里呈增加趋势（Cohen et al， 2012； Mudryk et al， 2013）。积雪的增加可能会导致大陆的冷却并加强欧亚大陆西北部上空的西伯利亚高压， 欧亚大陆西北部的脊和东北部的槽有利于行星波的直接强迫， 增强行星波垂直波能， 使其传播到对流层（Nakamura et al， 2019； Cohen et al， 2007）， 这可能导致平流层极地涡旋的破坏（Hopsch et al， 2012； Mori et al， 2014）。目前， 有大量研究证实了秋季欧亚大陆积雪与北极涛动之间的关联。秋季欧亚大陆积雪异常偏多时， 引起冬季准定常行星波向上传播， 导致平流层极涡减弱， 极区位势高度增加， 平流层-对流层相互耦合， 导致冬季对流层出现北极涛动负位相， 促进“暖北极-冷欧亚”格局的形成（Cohen et al， 2014a； Ao and Sun， 2015）， 并使海冰范围减少（Rigor et al， 2002； Zhang et al， 2003）。当秋季欧亚大陆积雪异常偏少时， 乌拉尔山阻塞高压西北侧西南风异常， 有利于北大西洋暖湿气流的极向输送促进北极变暖（Luo et al， 2016）。
北极与欧亚积雪的联系可能受到低纬度海温的影响。研究表明， 墨西哥湾流锋的北移会导致暖平流向巴伦支海-喀拉海海域输送， 使海冰减少， 促进北极变暖（Sato et al， 2014）。此外， La Niña引起的赤道大西洋变冷可以持续到次年冬季， 然后与赤道大西洋海温异常激发Rossby波列向欧亚大陆传播， 导致北极海冰减少， 在赤道海温异常和北极海冰减少的共同作用下使北极增暖（Matsumura and Kosaka， 2019）。
3 “北极放大”现象对中纬度地区天气气候的影响
北极变暖和海冰消融如何通过大尺度环流影响中纬度地区天气气候一直是气象学界关注的重点。目前认为北极与中纬度地区的联系主要通过两种机制实现： 一是基于北极变暖影响当地气压场的分布， 并影响中纬度阻塞事件的发生； 二是秋季海冰减少通过对流层-平流层动力学联系影响北半球大气环流进而影响中纬度天气气候。以上两种机制都是通过大气加热场的变化影响北半球大气环流进而影响天气气候。
3.1 北极升温对阻塞事件的影响
北极地区低层大气的加热增加高空气压， 使得等压面厚度增加。高层压力梯度的变化引起纬向风的变化。随着纬向风分量减弱， 经向风量增加形成槽脊， 这些槽脊可以使极地空气南下进入中纬度地区和较低纬度暖空气向北侵入北极地区。研究表明， 自1979年以来， 秋、 冬两季纬向风减弱， 波振幅增加， 这些变化与北极变暖和近些年来中纬度极端天气一致（Francis and Vavrus， 2012）。这种周期常被称为“阻塞”事件。模型研究表明， 北极变暖与美国和欧亚大部分地区冬季严寒有关。当北极海冰被开阔海水所取代时， 北极的地表温度急剧升高， 而中纬度地区的温度下降（Warshaw and Rapp， 1973）。Honda et al （2009）的观测数据表明海冰减少与欧亚大陆冬季温度异常有关。Peings and Magnusdottir （2014）在一组大气模型中发现， 2007 -2012年期间的海冰异常通过对流层-平流层耦合产生了中纬度大陆冬季末期的大气响应， 有利于中纬度冬季低温。
然而， Screen and Simmonds （2013）在两个大气模型中发现， 1979 -2009年， 中纬度大气环流与海冰减少之间无显著相关性。Barnes（2013）得出类似的结论， 并认为阻塞频率在1980年后没有明显增加。此外， 目前的研究表明， 海冰异常产生的冷冬主要发生在2月， 而对于整个冬季（12月至次年2月）， 大气波动的变化不显著（Peings and Magnusdottir， 2014）。当在同一模式下模拟海冰时发现， 它对中纬度地区微弱的动力响应被热力响应抵消。上述证据表明， 北极变暖和海冰消融对中纬度地区阻塞事件的影响也可能并不十分显著， 证明北极升温与中纬度极端天气气候的关联非常复杂， 仍需进一步深入研究。
3.2 北极秋季海冰减少对北半球大气环流的影响
模型研究和观测数据表明， 北极秋季海冰减少， 特别是巴伦支海-喀拉海海冰范围的减少， 调节了其后秋冬季的大气环流， 加强西伯利亚高压， 这通常会给欧亚大陆东部带来严寒， 并与欧亚大陆雪盖的增加有关（Hopsch et al， 2012； Liu et al， 2012； Overland et al， 2011）。Basu et al （2018）利用CMIP5模式模拟结果研究中发现在高纬度地区， 即北极欧亚地区， 风暴在本世纪末更加强烈， 持续时间更长， 而在温带地区由于急流和经向温度梯度的减弱， 温带气旋的发生频率明显减少， 这是北极海冰覆盖减少导致对流层下部经向温度梯度减小产生的结果。在模型研究中发现秋季延迟再冻结期间， 北冰洋表面变暖伴随着热通量的增加和垂直稳定度的降低， 这可能会导致北极上空强风暴的发展（Jaiser et al， 2012）。这些研究进一步揭示了秋季海冰、 冬季雪盖、 大气环流和温度异常的相关性。Screen and Simmonds （2013）认为可以用对流层-平流层的动力学联系来解释地表与冬季大气环流之间的关系。对流层-平流层耦合是一个动力学过程， 大气环流平流层支和对流层支的耦合关系主要取决于波活动， 行星波向上传播， 随后平流层极涡减弱并向下反馈到对流层（Baldwin and Dunkerton， 2001）。Semmler et al （2016）认为， 北美和欧亚大陆的冷却是由于海冰减少和较弱的西风气流风暴系统和行星波之间的非线性相互作用影响大气环流， 从而导致冬季期间能量向上传播增强， 削弱平流层极涡。平流层极涡减弱后， 地表往往出现北极涛动负位相， 有利于冬季后期北半球大陆的降温（Kim et al， 2014）。
然而， 对流层-平流层耦合的时间尺度通常在几周（Baldwin and Dunkerton， 2001）， 而不是秋季海冰异常与冬季大气环流异常之间的数月。因此， 通过对流层-平流层耦合过程解释北极升温与中纬度天气气候之间的联系也仍存在一定的争议。
4 结论
近几十年来， 在全球变暖的驱动下， 北极地区迅速升温， 升温速率可达全球平均速率的两倍， 被称为“北极放大”现象。气象学界采用卫星观测、 数值分析、 模型模拟等多种研究方法探究“北极放大”现象的驱动因素及其对中纬度天气气候的影响。目前公认的驱动因素归纳起来主要有以下几点：
（1） 北极地区局地的温度反馈， 其中海冰-反照率-温度正反馈曾被认为对北极放大贡献较大， 然而最近的一些研究表明， 即使不考虑海冰的作用， 北极放大效应仍然存在。
（2） 由北极增温、 开阔洋面增多， 蒸发量增多、 实际湿度增大导致的云和水汽正反馈。水汽是一种重要的温室气体， 水汽的增多使得到达地面的下行长波辐射增多， 使近地表升温。
（3） 大气和海洋极向热输送的增加。总热量的输送以大气为主。低纬度增温增湿通过影响压力场， 进而影响纬向风形成槽脊， 并进行热量和水汽的交换。在洋流输送方面， 由弗拉姆海峡和巴伦支海输送到北冰洋的温暖大西洋海水成为输送热量的主要通道； 而由白令海峡输送的温暖太平洋海水由于盐度较低， 主要停留在北冰洋表面， 因此对海冰的融化有重要作用。AMOC也被认为与热量的极向输送有关， 并很大程度影响下一年海冰的分布。但最近一些研究结果表明， AMOC并不是海冰融化的驱动因素， 而是北极放大产生的结果。
（4） 中高纬度积雪的增加通过影响行星波的传播和大尺度环流系统影响北极变暖。
目前由于数据资料的缺乏的研究方法的不同， 气象学界对于“北极放大”现象的驱动因素的各理论分歧较大。许多研究认为冰雪反照率反馈是驱动北极放大现象的核心因素， 其他因素均通过海冰、 积雪融化间接影响北极放大。而有些研究则显示即使不考虑海冰的作用， 北极放大现象依然显著。此外， AMOC影响北极放大的机制仍然无法确定。因此， 改进研究方法和提高数据的质量和准确性显得尤为重要。除此之外， 促进北极放大的各因素之间存在异步特征， 若能够对各因素之间进行异步分析， 将会对北极气候变化甚至全球气候变化进行更深入的理解和研究。
“北极放大”现象会通过影响大气环流对中纬度地区甚至全球气候产生影响。北极变暖会导致东亚冬季严寒， 形成“暖北极-冷欧亚”的格局； 它还会导致北美东部异常冷事件， 对应250 hPa高度场， 形成高空低槽， 与东北太平洋或格陵兰岛上空的高脊组成北美冬季气候波。此外， 北极变暖还会对大气环流的相互作用过程产生影响， 使欧亚大陆秋季积雪增多、 中纬度地区极端事件增多、 降温， 使赤道太平洋表面冷却等。目前认为北极变暖与海冰减退可以通过两种机制影响中纬度地区： 一是通过影响气压场的分布改变纬向风， 使阻塞事件增加； 二是通过对流层-平流层耦合作用影响北半球大气环流。但以上两种机制还存在争议。中高纬度大陆积雪的增加会通过影响大气环流和行星波的传播反作用于“北极放大”现象。
北极与中纬度之间的联系非常复杂。中纬度天气气候的变化受到大气内部变化和中纬度及赤道海温异常的影响， 且北极对中纬度的影响是间歇性和区域性的， 这给因果关系的确定带来了困难。
5 讨论
现有的驱动因素都有大量理论依据作为支撑， 但由于研究方法不同、 数据不足等原因， 各理论之间还存在较大差异。当前存在的问题归纳起来主要有以下几点：
（1） 研究方法存在缺陷。目前， 量化气候因子反馈所用到的方法为“辐射核”方法（Chung and Räisänen， 2011； Soden et al， 2008）。辐射核描述了大气顶部辐射通量对反馈变量变化的差异响应。它将气候反馈分解为两个因素——一个因素取决于辐射传输算法和初始气候状态， 另一个因素来自反馈变量的气候响应。这种分解能够将辐射物理中固有的反馈成分与特定气候响应中产生的反馈成分分离开来（Soden et al， 2008）， 从而提升辐射反馈的量化精度（Colman， 2013）。然而， “辐射核”方法对气候反馈因子的量化依然存在偏差（Singh et al， 2015）。因此， 改进研究方法有助于提高北极地区气候因子反馈机制的量化精度， 从而减少北极地区研究的争议。
（2） 缺乏长时间、 高质量、 覆盖全面的数据资料。受北极地理位置的限制， 可获取的地面资料非常稀少， 且存在严重的质量问题， 输入资料的偏差导致大气再分析资料存在不一致性， 这也是导致北极放大驱动因素各理论之间存在差异的原因之一。
（3） 云的作用依然是极地研究的重要挑战。云量的变化、 云的轨迹和辐射特性是未来北极冰层减少的重要不确定因素。
（4） 海冰减少、 欧亚积雪和大气环流之间的联系机制尚存在争议， 无法进行季节性预测。
（5） 各因素的具体贡献难以量化。由于气候系统是一个高度耦合的整体， 各因素之间并不是相互独立的， 而是相互作用、 相互影响的。例如： 海冰融化会导致海面吸收太阳辐射增多、 海-气相互作用增强， 海面蒸发量的增多会导致北极地区湿度加大， 湿度增大导致下行长波辐射增多， 北极近地面升温又使海冰进一步融化。此外， 北极升温还会影响大气环流， 从而影响热量的极向输送。因此， 量化研究比较困难。
（6） 影响因素之间存在异步特征。例如： 海冰-反照率反馈主要发生在春、 夏季节， 而云和水汽反馈主要发生在秋、 冬季节。对影响因素之间存在的异步特征进行研究和分析， 更有助于对北极放大驱动机制的研究。
（7） 一些因素对北极放大的影响机制还存在争议。例如： 海冰曾被认为是北极放大效应的主要驱动因素， 而近期的一些研究表明， 即使不考虑海冰的作用， “北极放大”现象仍然存在。