北半球向极涡旋热量输送和北极海冰减少的关系研究

发布时间：2020-06-30 08:31

【摘要】：近年来北极海冰的快速消融引起了社会各界广泛的关注。北极海冰异常变化对北极甚至整个北半球的气候有着重要影响,是一个需要重视的科学问题。本文分析了北极海冰的年际、年代际变化特征,找出冬、夏季北极海冰年际异常变化关键区(以下简称北极关键区);在此基础上,进一步分析了向极热量输送对北极冬、夏季海冰变化的影响,并对冬、夏季北极海冰与北半球中高纬大气环流之间的关系进行了诊断;通过数值敏感性试验,对冬、夏季北极关键区海冰异常变化对同期北半球大气环流的影响机理进行了验证。本文得出的主要结论如下:(1)1979—2016年夏秋季北极海冰受全球变暖的影响显著,北极海冰密集度变化明显的区域主要沿大陆边缘集中在喀拉海至波弗特海一带。而冬春季海冰密集度变化明显的区域主要位于巴伦支海(Barents sea)、鄂霍次克海(Okhotsk),其中巴伦支海的变化最大;冬、夏季海冰密集度存在明显的年代际变化特征,冬季北极海冰关键区(巴伦支海、鄂霍次克海)、夏季北极海冰关键区(喀拉海(Kara Sea)—波弗特海(Beaufort Sea))的海冰密集度在2000年后有明显的下降趋势。(2)冬、夏季大气低层向极涡旋热量输送是北极关键区海冰在2000年后加速消融的重要影响因素之一。相比1979-2000年,2000年后冬季巴伦支海海区在850hPa上存在较明显的从中纬度向极地输送的热量通量,从而使该海区冬季的海冰迅速消融;2001-2016年鄂霍次克海存在较明显的从太平洋西南部输送过来的热量通量,是该海区海冰融化的重要原因;2000年后,夏季白令海峡850hPa存在较明显的向北输送的热量通量是导致夏季北极关键区海冰加快融化的关键。(3)冬、夏季北极关键区海冰密集度的变化和同期大气环流有着显著关系,这可能使北半球中高纬度经向涡旋热量交换发生改变,从而影响欧亚大陆气温。冬季巴伦支海海冰密集度减少(增加)时,同期北半球500hPa的平均槽脊加深(减弱),欧亚大陆上空极锋急流减弱(加强),可能使中高纬度经向涡旋热量交换加强(减弱),这有利(不利)于极地冷空气向南侵袭,进而使中亚气温降低(升高);冬季鄂霍次克海海冰密集度与同期大气环流的相关分布表明,气温在北极与中亚、鄂霍次克海与日本南部均存在南北反相的变化特征;夏季喀拉海—波弗特海海冰密集度减少(增加)时,夏季欧亚大陆大部分地区整体气温升高(降低)。(4)夏季大气环流异常将影响后期秋季9月海冰的变化,秋季海冰异常变化将对后期冬季大气环流产生影响。9月海冰范围偏少(多)年,北半球大陆大部分地区前期夏季气温整体偏高(低),夏季北极低层大气环流场受偶极子环流(低压气旋性环流)控制,有利(不利)于海冰的融化;9月海冰范围偏少(多)时,冬季乌拉尔山高压脊、东亚大槽加深(减弱),欧亚大陆上空极锋急流强度减弱(加强),西伯利亚高压加强(减弱)。此分布可能使中高纬经向涡旋热量交换加强(减弱),较有利(不利)于北极冷空气向南方侵袭,从而使冬季中亚地区气温偏低(高)。(5)使用Polar WRF设计的敏感性试验结果表明,冬季巴伦支海海冰密集度增加会使同期欧亚大陆上空极锋急流位置偏南强度增强,西伯利亚冷高压减弱,此环流不利于高纬度冷空气向南扩散,这可能使中高纬经向涡旋热量交换减弱,从而使中亚地区气温升高;冬季鄂霍次克海海冰密集度增加时,同期大气环流分布与巴伦支海海冰试验结果相似;夏季喀拉海—波弗特海海冰密集度增加时,同期乌拉尔山高压脊加强,极锋急流强度减弱,经向涡旋热量交换加强,此环流分布有利于极地冷空气向南扩散,进而导致夏季欧亚大陆大部分地区气温降低。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P731.15;P433
【图文】：

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究生学位论文北半球向极涡旋热量输送和北极海一带（图 3.3c）。秋季与夏季略有不同，北极海冰密显向北冰洋中心海域扩张，这表明近 40 年来秋季北更大（图 3.3d）。结合图 3.4a、b 可知，北极海冰的化特征，冬春季（12-5 月）基本一致，海冰变化明显

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2016 年北极各月海冰范围、海冰密集度及其标准差序列。（度（66°N 以北）；蓝色柱状图和黑色虚线表示海冰范围及海冰色柱状图和黑色实线表示海冰范围、海冰密集度的标准差序列

【参考文献】