近年来，北极气候变化和不断减少的海冰引起了广泛关注。已有研究表明北极近地面温度正以比全球平均快2-3倍的速度增长，这种现象被称为“北极放大效应”。不断减少的海冰也使得北极气候系统发生了很大的变化，北极进入了“新北极”时期。充分理解北极气候系统对这些变化的响应机制以及对全球气候系统的影响是十分必要的。北极大气边界层作为北极气候系统的关键组成部分，其存在的冰-气或海-气相互作用在气候变化响应过程中发挥重要作用。然而，由于北极观测环境恶劣，难以获得充足全面的观测数据，使得目前对北极大气边界层垂直结构特征以及演变过程仍缺乏足够认识。

“北极气候研究多学科漂移观测站计划(MOSAiC)”为北极大气边界层研究提供了长达一年的观测数据，为研究当前北极海冰表面大气边界层的年变化特征奠定了基础。利用MOSAiC期间的全年探空数据集，本研究首先改进了一种考虑云层影响的边界层高度算法，进而给出了北冰洋上大气边界层高度一年的变化特征（图1）。

图1. MOSAiC期间北极大气边界层高度时间序列

结果显示，北极海冰表面大气边界层高度年变化的特点是：在5月有一个明显的峰值，而在1月和7月是明显的低值。这种年变化主要由边界层热力结构的演变所控制。5月近冰层大气温度迅速上升，从而形成中性或对流的层结结构，促进了边界层的发展。冬季和夏季的逆温结构分别被季节性的辐射冷却和表面融化所加强，导致边界层高度较低。近冰层气象要素与边界层高度相关性分析的结果表明，地面摩擦速度在边界层高度变化中也起着重要作用。此外，通过对边界层受抑制和迅速发展的两个个例进行分析得到，天气过程，尤其是来自中低纬度的热平流事件对大气边界层影响剧烈，也是大气边界层结构演变的重要影响因素。最后，通过与25年前的“北冰洋表面热量收支实验（SHEBA）”观测数据进行比较发现，MOSAiC期间的北极冰面大气边界层在夏季增暖信号明显（图2）。

图2. MOSAiC与SHEBA期间的大气边界层高度与热力结构的比较

研究成果于2023年8月8日在高水平期刊Atmospheric Chemistry and Physics发表，题目为“The characteristics of atmospheric boundary layer height over the Arctic Ocean during MOSAiC”。中山大学大气科学学院硕士生彭诗杰为文章的第一作者，我实验室创新团队骨干成员、中山大学大气科学学院刘长炜博士为通讯作者，合作者包括实验室主任陈大可院士，创新团队核心成员、中山大学大气科学学院杨清华教授和韩博副教授，中山大学大气科学学院博士生席星雅，美国科罗拉多大学Matthew D. Shupe教授以及德国AWI研究所的Sandro Dahlke研究员。

该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。

原文链接：https://acp.copernicus.org/articles/23/8683/2023/