北极海冰气候变率的模拟研究

发布时间：2020-05-07 23:41

【摘要】： 对挪威卑尔根大学发展的海洋模式BOM(Bergen Ocean Model)与集成最新海冰模式发展成果的海冰模式CSIM4(Community Sea Ice Model Version 4)进行了耦合，对北极海冰的气候变率进行了模拟。在资料分析和数值模拟的基础上，对北极海冰的气候变率进行了深入的研究，结果如下： (1)对北极地区大气和海洋季节循环特征的分析表明，气候平均风场在部分地区具有“信风”的性质；而气温场与海冰分布及格陵兰半岛冰原的下垫面特征有密切关系；在北极海冰区的降水量大于蒸发量，并且在全球大洋中北冰洋受到河流径流的影响最大，对北冰洋的盐度分布有决定作用；通过弗瑞姆海峡的海冰通量在冬半年大于夏半年，并且从20世纪40年代起，海冰的体积输送有增加趋势；北极河流的汛期主要在融化季节，冬季的河流流量有显著增加的趋势；相关分析表明7到10年是北极河流流量影响弗瑞姆海峡海冰体积输送的一个特征时间尺度； (2)采用BOM海洋模式对北冰洋海洋环流进行了模拟研究，在模式中考虑了北极9条主要河流的作用，结果表明该海洋模式可以较好模拟出北冰洋海洋环流的基本特征；多数大洋环流模式采用“北极岛化”的方法处理北极点，模拟结果表明“北极岛化”不仅影响到极点附近的海流，还会对相对较远的北大西洋海流造成影响，并可能通过大西洋的热盐环流对全球气候产生影响； (3)采用CSIM4海冰模式对北极海冰的气候态进行了模拟。模拟的海冰厚度分布与潜艇探测的海冰厚度分布具有一致性；模拟的海冰密集度、海冰流速与观测相近，模拟的海冰气候态是合理的。 (4)依据能量守恒的原理，对BOM和CSIM4模式进行了耦合。由于BOM没有考虑透射太阳辐射的物理过程，研究表明透射太阳辐射对北冰洋的能量收支起到重要作用，因此在BOM模式中引入了对透射太阳辐射的处理；通过对不同水道反照率的数值试验表明海冰厚度对水道反照率的敏感性不强，可能与海冰区水道面积占的比率很小有关；而模式模拟的北极海冰夏季“过度融化”主要源于NCEP再分析资料提供了偏大的太阳短波辐射；对北极海冰的气候变率进行了模拟研究，结果表明：模拟的海冰厚度变化与潜艇探测的海冰吃深度变化具有一致性； — — 摘要模拟和观测的亚欧大陆沿海的年内最大海冰厚度有很好的相关：模拟的海冰移速与长期平均的卫星反演的海冰移速具有相同的速度分布特征；模拟的各个海区海冰面积的变化趋势与卫星反演资料分析的结果基本一致；模拟与观测的主要海洋分区的海冰密集度具有很好的相关；弗瑞姆海峡的海冰体积和面积的输送涉及到海冰密集度、厚度和移动速度，是判断模式模拟能力的一个综合的指标，模式模拟的结果与卫星反演或重建的面积输送、体积输送具有很好的一致性；（5）分析了模拟的北极海冰厚度的气候变率及气候平均表层海流场，结果表明：北极海冰的总体积有显著减少的趋势，北极海冰总体积的变化具有 10a际尺度振荡的特点，存在18－20a和12－13a两个主周期；北极海冰的平均厚度在各个海区的变化趋势不同，在巴伦支一喀拉海和巴芬湾一拉布拉多海地区海冰厚度有显著的增加趋势，而其它海区存在减少的趋势；通过对模拟的气候平均表层海流的分析表明，北极河流流量超前弗瑞姆海峡海冰流量7－10年的特征时间尺度与表层海流的气候分布存在着必然联系：（6）利用模拟结果以及中国降水、气温和热带关键区 SST资料，讨论了北极各海区海冰平均厚度与中国降水、气温以及热带关键区SST的关系，结果表明：在北极中心海区和楚科奇一波弗特海海冰厚度偏大，在巴伦支一喀拉海以及巴芬湾一拉布拉多海海冰厚度偏小，则中国降水在华南地区、青藏高原和东北北部降水偏少，反之相反；在北极中心海区、东西伯利亚海、楚科奇一波弗特海以及格陵兰海海冰厚度偏小，在巴芬湾一拉布拉多海海冰厚度偏大，则在中国东北地区、高原南部地区和海南岛附近气温偏低，反之相反：另外，北极楚科奇一波弗特海和巴芬湾一拉布拉多海海冰厚度偏大时，在热带中东太平洋海温偏高，而在热带东南印度洋海温偏低。
【图文】：

表面风场,平均风,单位,气候

为了突出北冰洋气候场的特征，对一些要素场通过双线性插值的方法〔3〕进行了坐标变换，由经纬度坐标转换为极射赤面投影的局地直角坐标。从NCEP再分析资料的气候平均表层风场(图2.1)可以看出，在格陵兰半岛东部地区，在3月(图2.la)和9月(图2.lb)盛行偏北风，而北欧沿岸盛行偏南风。这两支盛行风终年风向变化不大，具有“信风”的性质。考虑到北冰洋的海洋环流分布特征(第一章)，这两支盛行风决定了北极海域最为强大的寒流和暖流，东格陵兰寒流和北大西洋暖流。两支气流的过渡区对应冷水和暖水的混合区。由于格陵兰半岛地势较高，加上常年冰盖维持，空气冷却严重并沿地形下滑，，在地转偏向力的作用下形成了反气旋的辐散风场，是一个永久性冷高压。无论冬夏，北冰洋地区的表层风场都存在极地穿越流气流，该穿越流从西伯利亚出发，经过北极点附近到达格陵兰半岛北部

盐度,表层海水,气候,北极

图2.3北极海域气候平均表层海水的温度和盐度(a)，(b)3、9月平均水温(oC);(e)，(d)3、9月平均盐度(ppt)而盐度在北极中心海区较小(图2.3ed)。由于海冰的存在很大程度上阻碍了海洋向大气的蒸发(图2.4)，降水率大于蒸发率是北极中心地区盐度偏小的原因之一。北极中心海域的海水总体积较小，因此河流的冲淡作用相对较大，表现为
【学位授予单位】：南京气象学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：P732

【引证文献】