1983–2022年南极夏季海冰区反照率的反转变化特征分析

海冰区反照率会影响辐射收支平衡,对全球气候变化有着重要影响。利用遥感反演的反照率数据产品分析了1983–2022年南极及其6个海域夏季海冰区反照率的时空变化,探讨了海冰密集度、气温和大气环流与海冰区反照率的关系。结果表明,卫星反演的南极夏季海冰区反照率与实测反照率结果一致。西威德尔海海冰区多年平均反照率最高(0.61),罗斯海最低(0.45)。南极夏季海冰区反照率经历了先上升(1983–2015年)后快速下降(2015–2022年)的变化。除了别林斯高晋海–阿蒙森海海冰区反照率前后两个时段均下降外,其余5个海域和南极一样出现了变化趋势的反转。南极海冰区反照率与海冰密集度显著正相关,而与气温显著负相关。1983–2015年夏季气温降低,海冰消融减弱,海冰密集度微弱上升(0.03%/a),海冰面积平均每10年增加2.07×10^(5)km^(2),导致反射的太阳辐射增多,反照率也微弱上升。2015–2022年夏季气温升高,海冰消融加剧,冰间水道和开阔水域增多,海冰密集度下降,海冰区吸收更多的太阳辐射,造成反射辐射减小,因而海冰区反照率快速下降。此外,南极环状模也是影响罗斯海和威德尔海海冰区反照率变化的因素之一。

基于统计与动力相结合的南极夏季海冰跨季节预测

选取美国国家环境预测中心气候预测系统(CFS)第二版预测的南大洋(40°S—80°S)夏季海温、海洋性大陆地区(100°E—130°E,10°N—15°S)春季海温以及南半球热带外(20°S—90°S)春季海平面气压3个预测因子,利用奇异值分析的方法提取相关信息,采用回归模型对南极夏季海冰场进行预测。从该模式对1983—2018年南极夏季海冰密集度异常值的回报效果看,模型的预测技巧较CFS原始预测有显著的提高。对单格点上预测与实测的时间相关系数提高到0.76;从交叉检验的结果来看,预测技巧较CFS同样有显著提高;从对南极海冰范围的预测来看,该模型的预测效果最好,明显优于CFS原始预测和持续性预测。这些结果表明,该模型具有较高的预测性能。

南极罗斯海2012年夏季海冰特征分析

利用卫星海冰密集度资料和船基海冰走航观测数据分析了2012年12月至2013年3月南极罗斯海海冰密集度、厚度和浮冰尺寸等参数的时空变化特征。12月下旬罗斯海西侧浮冰区南北向宽约1 000 km,沿雪龙船航线平均密集度在5成以上,平均海冰厚度为100 cm,平均冰上积雪厚度为16 cm,高密集度区域主要为尺寸较小的块浮冰(2—20 m)和小浮冰(20—100 m),低密集度区域主要为大尺寸浮冰(500—2 000 m)。1月和2月罗斯海大部分海域无海冰覆盖,3月海冰迅速冻结,下旬即覆盖整个罗斯海。SSMIS和AMSR2两种卫星遥感数据均能较好反映航线上的真实海冰密集度状况,AMSR2产品与观测符合更好。与1978—2012的气候平均值相比,观测区在2012年夏季冰情偏重。本文的分析结果可帮助我们了解罗斯海海冰的时空特征,为中国后续罗斯海科考提供参考。

南极普里兹湾夏季不同层次海冰及冰下海水古菌丰度和多样性

为了解南极普里兹湾夏季不同层次海冰及冰下海水中古菌丰度及群落组成,利用荧光原位杂交(filter in situhybridization,FISH)技术对海冰及冰下海水样品中古菌进行定量研究,通过构建16S rRNA基因文库对不同层次海冰及冰下海水中古菌进行多样性分析,并结合环境因子进行相关性分析。荧光原位杂交结果表明,古菌的平均丰度随着海冰层次的下降呈下降趋势,初步推断可能受海冰中铵离子影响所致;16S rRNA基因文库分析结果表明,仅在海冰底部样品中检测到古菌,且全部16S rRNA基因序列为泉古菌(Crenarchaeota),与来源于北极海水、海冰中古菌16SrRNA基因序列相似性最高,属于泉古菌海洋类群I(Marine GroupⅠCrenarchaeota);冰下海水古菌多样性较高,主要归属于泉古菌Marine GroupⅠ和广古菌(Euryarchaeote)Marine GroupⅡ、Ⅲ。

自20世纪90年代中后期夏季巴伦支海海冰与秋季中国西南地区干旱的联系加强

研究夏季7—8月巴伦支海海冰和秋季9—11月中国西南地区干旱的年际变化的联系,并探讨了其可能机制。结果表明:1979—1997年夏季巴伦支海海冰和秋季中国西南地区干旱在年际尺度上相关不显著,但到1998—2019年,海冰和干旱指数的相关系数增长至-0.69,置信水平达到99%。当夏季7—8月巴伦支海海冰增多时,有利于秋季9—11月中国西南地区发生干旱;当夏季7—8月巴伦支海海冰减少时,则反之。进一步分析其原因可知:1998—2019年,当夏季巴伦支海海冰异常偏多时,海冰异常可以持续到秋季,导致巴伦支海表面湍流热通量负异常,新地岛以西地区的大气变得更加稳定,激发了异常下沉运动。通过异常经向环流作用,进一步促进地中海附近出现上升运动。由此产生的地中海北部对流层高层300 hPa异常辐散风激发了罗斯贝波,波列沿着55°N向东传播,在贝加尔湖地区向南传播至中国北部和西南地区,导致中国西南和华东地区上空出现异常高压,这有利于中国西南地区降水减少、温度升高,进而导致干旱发生。此外,相比于1979—1997年,1998—2019年夏季巴伦支海海冰更大的年际变率可能是导致二者联系加强的一个重要原因。

基于Radarsat-2 SAR图像分类与HY-2微波辐射计反演获取北极海冰密集度的比较研究

在北极东北航道东西伯利亚海和楚科奇海交汇的关键区域,利用四景2012年北极夏季Radarsat-2 SAR海冰图像,通过图像分类提取了海冰密集度;同时采用NASA TEAM算法,基于海洋二号(HY-2)卫星扫描微波辐射计亮温数据反演了对应区域的海冰密集度;并引入美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的SSMIS海冰密集度产品进行了对比研究。通过不同来源海冰密集度数据的分析发现HY-2、SAR和SSMIS的结果在4个研究区域上的分布趋势基本吻合;但在海冰边缘区,由SAR图像分类得到的海冰密集度高于HY-2和SSMIS的反演结果,说明了高分辨率的SAR图像在监测边缘区小尺寸浮冰上有优势。三种数据中,原始分辨率相同(25 km)的HY-2与SSMIS的结果最为相近,而HY-2同SAR的相关性与SAR同SSMIS的相关性一致。在冰边缘,HY-2的反演值偏低于SAR和SSMIS的结果,这是受该处较高水汽含量影响的结果,也是未来发展HY-2微波辐射计反演算法需要重点改进的地方。

不同敏感性参数下船舶-碎冰碰撞的船体结构响应

基于我国第七次北极科学考察获得的夏季北极海冰空间分布情况,模拟真实碎冰分布,采用LS-DYNA软件中的流固耦合方法,研究在船舶航速、碎冰尺度、碎冰厚度及碎冰密集度等因素影响下船舶-碎冰碰撞的船体结构响应。结合试验数据得到船体结构的应力、吸能和碰撞力。结果表明:船舶-碎冰的主要碰撞区域为艏部及舷侧的水线附近;在船舶航行于碎冰域时,船体结构的应力、吸能和碰撞力的峰值随碎冰域的船舶航速、碎冰尺度、碎冰厚度及碎冰密集度的增加而增加,但分布情况不同。研究结果为船舶在极地冰区航行提供一定的安全性参考。