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北极海冰减退引起的北极放大机理与全球气候效应
中期计划完成情况：
1. 计划任务整体完成情况
项目的中期总结表明，各课题基本按照计划任务书开展研究工作，前两年的工作已全面展开，取得了良好的进展，计划中的绝大多数研究内容都基本完成，预期到2016年底，所有研究内容都能完成。各项研究内容取得的成果水平有很大的差别。绝大多数研究成果达到了预期目标，成果水平令人满意，为未来三年的研究奠定了坚实的基础。有一些研究成果有显著的创新，在科学上取得很大的进步，详情见本章的第5节。有部分研究工作不够深入，成果水平有待提高。总体而言，项目的进展体现了立项时的顶层设计理念，对北极变化的主要过程都展开了深入研究，形成了7个关键系统的科学体系，发展了2项核心观测技术，突破了4项关键卫星遥感技术，开展了6个航次的北极科学考察，为项目未来的发展奠定了坚实的基础。
2. 计划任务目标的实现情况
课题1：北极海冰减薄后的结构变化和海冰快速融化机理
按照课题计划书，前两年各包含5项科学研究目标，大部分已经顺利完成，剩余部分按照计划进行中。获得了北极海冰微结构、物理性质以及表面融池的空间分布规律，以及融池深度和海冰厚度对融池表观光学性质的影响。七北海冰现场观测将保证近冰点海冰物理性质，以及表面融化对海冰物理性质、辐射传输影响等目标的实现。发展了海冰侧向融化现场监测技术，完成了超声波测距系统硬件主体电路和收发模块研制，并成功进行了湖冰侧向融化观测试验；发展的第二代侧向融化超声测量系统将在七北获取关键数据。收集了多传感器卫星微波辐射计数据，完成了多传感器微波辐射计数据交叉辐射定标，建立了冰面积雪深度反演算法并进行了初步验证。完成了冰面融池、积雪深度、冰密集度、冰厚度等数据的整理和分析工作，获得了北极海冰外缘线变化、冰漂移场等关键动力学参数。七北海冰观测将提供现场的海冰密集度和运动数据。围绕上述目标的科学研究已经发表论文13篇，其中SCI检索6篇。
课题2：北极海冰减退中的海洋热量储存与转换器效应
本课题经过近两年的研究，达到预期研究目标，实现情况如下：收集了国内外绝大多数物理海洋学数据，基本建成用于本项目研究的北冰洋物理海洋学数据集。通过参加国外北极考察获取冰下海洋的最新实测数据。明确次表层暖水的空间分布和变化发展过程，认识海冰边缘区次表层暖水形成的热储存能力，已开展定量计算。研究了太平洋入流在楚科奇海的流动路径及年际差异，明确了夏季太平洋水在北冰洋深水区的影响范围及热贡献，正在开展热贡献研究。了解过去30年北冰洋伴随海冰迅速减少，上层、中层海洋海水热量变化，水层之间的热量交换，以及垂直湍流扩散机理（部分完成）。深入研究了北极上升流的出现区域、完成北极上升流及其引起的北极中层水热量释放的定量分析；北极淡水含量主模态及变化规律、盐跃层的年际差异。建立适合快速变化期北极特点的海洋-海冰耦合模型系统，实现过去30年的后报和再分析产品。阐明各典型模式不同增暖情境下北冰洋上层环流及热平流输送演变的异同。围绕上述目标的科学研究已经发表论文7篇，其中SCI期刊论文3篇。
课题3：北极海洋强迫作用对“北极放大”的影响机理
课题很好第完成了前两年的研究计划，所有研究内容都能顺利展开，并取得预期进展。课题实现了以下目标：分析了夏季阻塞过程对季节内尺度向极热输送的贡献,讨论阻塞引起的极区地面增温和向极热输送在年代际尺度上与海冰融化的关联。分析了海冰密集度变化和极地增暖与极地以及极地外中纬度环流年代际调整的关联。这部分研究工作已经初步展开，并得到了有意义的结果。完成北冰洋不同海洋上混合层厚度与温度和盐度的关系，得出上混合层减薄的规律，确定其余层化的关系。全面完成海洋热通量的科学理论和计算方法，该方法已经得到很好的验证，并达到实用水平。基于JRA-25的6小时再分析SLP资料和Zhang et al. (2004)发展的风暴识别算法，建立了北极风暴数据库，包括风暴的强度，频率，位置和持续时间，并有详细的风暴参数识别方法说明。获取了环北冰洋周边机场和气象站的雾和其它大气观测数据，初步建立了北极周边雾的变化的观测时间序列。分析确定了雾的季节变化特征和长期变化趋势及其与大尺度海冰分布和海洋与大气环流变异之间的联系。课题共发表学术论文8篇，其中SCI期刊论文3篇。
课题4：北极放大的全球效应及对中国气候的影响机理
围绕5年目标开展了一系列扎实的工作，很好的完成了前两年研究任务，实现了前两年的主要目标。在前两年的研究过程中，经过探索和交流，进一步明确了研究思路。这些工作使得课题组能在前两年工作基础上，找出存在的薄弱环节，加强应该重视的研究方向。研究目标实现情况如下：研究了北极放大对罗斯贝波的影响。数值实验表明，罗斯贝波变异机理是涡动动能的南北输送具有明显的不对称性，涡动动能向极输送大于向赤道的输送，造成罗斯贝波向极发展和穿极罗斯贝波的形成。定义了北极放大指数。北极放大指数在秋季有最显著的线性增长趋势，即近年来北极的变暖主要在秋季最显著，相应的秋（SON）冬季（DJF）500hPa位势高度场和海平面气压场上都表现出北极涛动的减弱。研究了大气环流优势模态—北极涛动对北极海冰变化的响应。发现中国南方冻雨的频数与前期夏秋季北极海冰的季节性融冰有显著相关性。建立了若干处理非线性问题的方法。成功求解了许多非线性系统，得到了许多有重要意义的解，特别是具有Rossby加深性质的解析Rossby波解。不同类型非线性波的相互作用解以及怪波解。原创建立了一些二事件关联非线性(大气海洋)模型，并用离散对称性方法求得了大量的严格解。北极变暖期间，太平洋东部和南半球高纬出现变冷趋势。为弄清这些海表温度变化特征形成原因，进一步分析了北极和北半球热力状态变化对南半球西风急流的影响。发现冬季挪威海和巴伦支海持续性的海冰异常在春季会激发一个向下游传播的Rossby波列，调制东亚上空大气环流并影响其降水的产生。在多冰年，蒙古上空受异常反气旋控制，来自其东部的东北风与来自于西太平洋的东南风在东亚地区汇合，东亚上空盛行东风，导致副热带西风急流减弱，对流受到抑制，引起春旱的发生。研究了北极变化背景下欧亚大陆气旋/反气旋活动规律，冬季欧亚大陆冬季极端冷事件增多现象，冬季欧亚大陆反气旋活动增强及冷事件增多与北极海冰变化的联系。将CICE5.0引入BCC耦合模式系统，气候平均态海冰厚度分布基本合理，海冰的漂移也与观测相符。初步确定了参与IPCC AR6模式试验的海冰参数化过程。有关研究成果被2015年中国气候变化绿皮书与2015年气候变化监测公报采纳和引用。课题发表科研论文22篇，其中SCI论文12篇。
3. 同国内外相关研究相比较
本项目北极海冰、积雪、融池、微结构的研究是国外北极变化研究的重点。本项目开展的研究工作与国际同类工作处于相当的水平。本项目的海冰厚度反演工作系国内外首创，建立的海冰结构-物理参数-力学参数模型有明显创新。本项目海冰漂流与密集度的关系也是以前未被注意到的现象。
本项目针对上层海洋的热储存与热释放开展的研究工作是国外北极研究的主体内容，各国科学家起点差不多，我们的工作建立了相应的科学体系，有比较全面的研究和重点突破，在波弗特流涡加深、北冰洋中部上升流、门捷列夫流涡的发现等方面有很多创新性工作。
本项目对海冰与大气的耦合研究是国际上研究的薄弱点，也是本项目的重点内容。本项目在冰下海洋热通量、天气尺度过程和云雾的影响、高纬度阻塞系统方面都是很新的工作，可望取得重要成果。
本项目重点关注的北极变化对我国气候影响的研究是本项目的关键环节和重要出口，在国际上处于领先地位。本项目针对北极影响我国气候的各种可能机制开展全面研究，可望获取明确的认识。本项目决定将项目的研究成果融入我国的气候预测系统，提高国家的气候预测能力，既是一个宏大的目标，又有具体的落实的途径，对我国社会发展将产生重要的影响。
4. 项目的研究工作的总体水平
项目中各项研究工作的基础不同，认知水平不同，研究进展和水平也有很大的差异。总体而言，由于本项目的立项针对了国际北极科学界面对的主要科学问题，科学起点较高。加之本项目是按照研究内容选择科研人员，针对了其专长，研究内容具体，有利于保证他们的兴趣和进展。项目前两年共有12项成果已经向国外高级别刊物投稿，表明项目的研究工作总体上达到了国际先进水平。