自1979年有卫星观测记录以来,北极海冰面积特别是秋季海冰面积处于明显的下降趋势。2012年9月达到有观测记录以来的最低值为3.41百万平方公里,其次是2007年9月的4.13百万平方公里,而2013年9月比2012年同期增加了60%。本文研究了2007、2012年北极海冰达到极小值时,海冰融化区域不同的原因,以及2013年比2012年增加60%的原因。数据分析显示,北极秋季海冰融化区域不同,与底层大气环流和上层海洋异常场的分布密切相关,冰-温(表面气温和海表面温度)和冰-汽三个正反馈机制等,5个条件共同作用,导致海冰融化。近几年冬季,北半球大陆地区极端天气事件频繁发生,冻雨、冷冬、暴雪等造成人类社会巨大的经济损失。结合北极秋季海冰减少,本文运用数据分析和数值试验方法,研究其对北半球中纬度地区气候变化的影响。得出,受北极秋季海冰减少的影响,东亚、北极地区冬季气温呈跷跷板结构。冬季极区冷空气更容易入侵东亚,造成严寒等极端天气,而极区气温则出现气候变化的“北极放大效应”；另外受北极秋季海冰减少的影响,夏季趋向变热而冬季趋向变冷,冬、夏季温差变大,夏季易出现酷暑,冬季易出现严寒等极端天气事件；春、秋季升温明显,故夏季变长,春季提前进入夏季,秋季则滞后出现。海冰卫星数据显示,不同阶段北极海冰下降速度差异巨大,1996-2012年海冰平均下降速度比1979-1995年加快了近4倍。据此两阶段,本文分析了北极秋季海冰减少与北半球冬季大气环流的关系。数据分析和数值试验表明,海冰下降速率不同,所对应的大气环流模态截然不同：海冰下降慢时,西风急流加强,中纬度大陆地区出现暖冬：海冰下降快时,中纬度位势高度降低、西风急流和经向风减弱,使极区冷空气更加容易入侵中纬度地区,从而东亚、北美等地更易出现冷冬。模式结果表明,北极秋季海冰减少的影响在秋季对极区最大,减少慢时极区升温比减少快时要强烈,减少快时较高纬度变冷；冬季,海冰减少的最大影响扩展到中纬度地区,减少慢时易造成暖冬,而快时易出现冷冬；春季,这种影响减弱,且已移动到更低纬度；夏季,新一轮海冰开始融化,极区大气环流又发生变化,周而复始。若按目前北极秋季海冰下降速度推演,将来不久北极会面临海冰全部融化的风险。气候模型估计北极夏季将在2030年左右无冰。基于此本文设计了北极9月无冰试验,研究无冰对北半球大气环流的影响。实验结果显示,北极无冰使秋季极区气温明显降低：冬季,中纬度地区气温升高;直到夏季,无冰对大气环流的影响传输到热带等更低纬度。北极海冰继续快速融化直至无冰,北半球中纬度地区不仅在春、夏、秋三季变暖,冬季的冷冬也会消失,而转为暖冬。卫星数据显示,2013年秋季北极海冰没像往年一样继续下降,反而比2012年同期增加了60%,而2013年冬季北美遭受了几十年不遇的严寒和暴雪袭击。通过数据分析和数值试验探讨得知,2013年北美冷冬基本上是由于在北极秋季海冰快速下降的大背景下,2013年秋季海冰突然比2012年同期增加60%所致。北极秋季海冰变化,使北美2013年冬季位势高度场降低、经向风减弱、极地寒流入侵,造成了北美冷冬极端天气事件。若只是与气候态相比,2013年海冰下降的情况,不会造成2013年北美冬季极端严寒天气。北极秋季海冰在2007年和2012年分别达到次小值和最小值,而这两年北半球冬季降雪明显增多,但增多的区域不同。2007年主要在亚洲大陆和北美中部,2012年主要在欧洲中部和东亚渤海沿岸。数据分析结果表明,这两个特殊年份由于满足降雪的大气环流的动力、水汽、温度等条件的分布不同,而导致降雪增多的区域不同。