北极超强气旋活动及其大气环流特征

北极极端气旋过程能够反映北极气候变化特征并对北极水文气象要素的调节具有重要影响,其活动及大气环流形势特征值得关注。利用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)与美国国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)提供的逐日再分析资料定义北极超强气旋(Arctic Super Cyclone,ASC)过程,结合美国国家冰雪数据中心(National Snow and Ice Data Center,NSIDC)基于NCEP/NCAR再分析资料追踪识别的北半球气旋及特征资料,分析了ASC的活动特征及其大气环流特征。结果表明:判别ASC的北极最低气压5%阈值具有显著的冬季低夏季高的单峰型季节变化特征,冬季ASC的强度远强于夏季;ASC多从大西洋扇区经北欧海-巴伦支海-喀拉海输入到极区,也存在少部分极区原生或太平洋扇区输入;ASC多生成于两大洋急流轴或急流出口区北侧,极少数生成于大陆或中低纬度,且绝大多数在极区消亡难以回到中纬度。极区原生ASC频数占总数约1/3,整体没有显著增减趋势,但长生命史ASC频数以0.49次/(10 a)的趋势增多,表明其持续时间增长。ASC频数与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)在冬季相关性很好,其大气环流形势回归场中极区海平面出现低压低温异常,高空极涡加深且两大洋急流偏北,中纬度急流主轴偏弱;ASC的生成发展不仅有利于AO向正位相转变,同时AO正位相下也有利于ASC活动的增强,ASC活动是AO位相变化的潜在指标。

西北航道夏季气旋登陆期间海冰对波浪的影响

西北航道是指从北大西洋经加拿大北极群岛进入北冰洋,再进入太平洋的航道,是连接大西洋和太平洋的捷径。为了探讨西北航道通航期极端天气条件下强风及海冰对波浪场的影响机制,建立并验证了考虑海冰影响下的西北航道风浪演化模型,并以2012年8月北极气旋登陆期间为例探讨西北航道通航期波浪特性及波能流密度的时空演化及其对风和海冰的响应。研究结果表明,北极夏季海冰大多分布于西北航道以北海域,而风向大部分集中在SSW(南偏西22.5°)至SW(南偏西45°),西北航道海冰的存在并不会引起有效风区的明显减少,也不会引起无冰海域波能流的明显减小(不超过5%)。但是,当风向变为北向风时,无冰海域波能流减小幅度最多高达62%。最后,综合海冰和波浪要素的时空分布,提出了极端天气条件下西北航道通航期的最佳适航路线,为西北航道的夏季安全通航提供了科学依据。