北半球高纬地区年际尺度循环过程中的气-海-冰相互作用关系

基于一个全球气-海-冰耦合模式数值模拟结果,对北半球高纬度地区年际尺度的气-海-冰相互作用进行了分析。在所使用的全球气-海-冰耦合模式中,大气环流模式和陆面过程模式来自国家气候中心,海洋环流模式和海冰模式来自中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室。采用一种逐日通量距平耦合方案实现次网格尺度海冰非均匀条件下大气环流模式和海洋环流模式在高纬地区的耦合。只对50 a模拟结果中的后30 a结果进行了分析。在分析中,首先对滤波后的北半球高纬度地区海平面气压、表面大气温度、海表面温度、海冰密集度及海表面感热通量的标准化距平做联合复经验正交函数分解,取第一模进行重建,然后讨论了在一个循环周期(约4 a)中北半球高纬度地区气-海-冰的作用关系。结果表明:(1)当北大西洋涛动处于正位相时,格陵兰海出现南风异常,使表面大气温度升高,海洋失去感热通量减少,海洋表面温度升高,海冰密集度减小;当北大西洋涛动处于负位相时,格陵兰海出现北风异常,使表面大气温度降低,海洋失去感热通量增多,海洋表面温度降低,海冰密集度增加。巴伦支海变化特点与格陵兰海相似,但在时间上并不完全一致。(2)多年平均而言,北冰洋内部靠近极点区域为冷中心。当北冰洋内部为低压异常时,因异常中心偏向太平洋一侧,使北冰洋内部靠近太平洋部分为暖平流异常,靠近大西洋一侧为冷平流异常。伴随着暖、冷平流异常,这两侧分别出现暖异常和冷异常,海表面给大气的感热通量分别偏少和偏多,上述海区海表面温度分别偏高和偏低,海冰密集度分别偏小和偏大。当北冰洋内部为高压异常时特点正好与上述相反。由上述分析结果可知,在海洋、大气年际循环中,大尺度大气环流变率起主导作用,海洋表面温度和海冰密集度变化主要是对大气环流变化的响应。

一个冰气相互作用数值模拟结果的可能统计解释

基于一个全球海-冰-气耦合模式的数值模拟结果,选取冬季格陵兰海海表面温度(SST)、海冰密集度、海表面感热通量等物理量以及3个相关区域海平面气压分别作经验正交函数展开,取第一模时间系数作相关分析。结果表明,上一年海冰密集度偏大(小)与来年的SST偏低(高)相联系,但二者同期相关性最大。当海气热通量交换变化超前一年时,其与SST相关性最大。模式最低层大气温度与海洋表面热通量之间的同时相关性最大,冬季模式最低层气温偏高(低)与海洋表面失去的感热、潜热通量偏少(多)相联系。气温、比湿都和冰岛低压区及格陵兰海的海平面气压相关性最强,冰岛低压气压偏低(高)与模式最低层气温和比湿偏高(低)相联系。所以,在海-冰-气年际尺度的相互作用中,主要关系是大气环流调整造成大气中云量和低层气温、湿度变化,进而影响海气界面上的通量交换,造成SST的变化。SST变化决定着海冰范围及海冰密集度的变化,但海冰变化时通过相变潜热的释放或吸收反过来对SST变化有较明显影响。

埃默里冰架北缘海洋水文特征的变化

利用中国第24次南极科学考察队(2007/2008)观测的CTD资料,分析了埃默里冰架北缘的温度、盐度、密度的空间分布,并与中国第22次南极科学考察队(2005/2006)观测的CTD资料进行了比较。比较后发现埃默里冰架北缘海域的最新变化是跃层深度明显变深,冰架北缘的东部海洋上层有明显的次表层暖水存在,但该暖水仅仅位于冰架北缘的最东端及其附近的站位,具有明显的局地性。此外,海洋的表层温度、盐度、密度都形成了明显的东西向梯度。这种梯度应与海表层浮冰的密集度有着密切的关系,是海-冰-气三者相互作用的结果。

北极海冰与ENSO事件在准四年时间尺度上的可能联系

分析了北极海冰的变化规律及其与ENSO循环在准四年时间尺度上的可能联系。结果表明 ( 5 9 5～ 1 79 5°E ,60 5～ 89 5°N)的高纬海域范围内 (包括喀拉海、拉普捷夫海及东西伯利亚海 ,简称为A区 )的北极海冰变化以 9月份变率最大并具有准四年周期 ,在这个周期段上A区极冰与Ni no 3区的海温变化有明显的位相差。当Ni no 3区SST滞后海冰约 1 6个月时 ,两者达到最大负相关。A区的 9月海冰面积指数和SST的时滞相关系数分布表明 ,次年 4月开始在赤道东太平洋区域出现一显著负相关区 ,次两年的 2月负相关达到最大 ,之后减弱消失。这表明 9月A区海冰面积偏小 ,则次年春季以后出现ElNi no现象。海冰与环流相关分析表明 ,其相互影响机制可能是由于少冰年的弱冷源效应 ,使得该地区上空气旋环流发展 ,并通过中高纬相互作用促进北太平洋西北部及东亚沿岸距平气旋式环流的发展 ,有利于赤道异常西风形成从而触发和维持ElNi

气候系统预测:基础创新和集成应用

随着全球变暖,极端天气气候事件增强,天气气候灾害造成的损失也愈发严重。当前气候预测的准确性远远不能满足社会需要,气候系统预测理论和方法面临着众多挑战性问题。为提档气候预测科学水平和准确率,由南京信息工程大学和中山大学承担的“气候系统预测研究中心”获得国家自然科学基金基础科学中心项目支持(2021年1月—2025年12月)。在该项目执行的前三年,项目团队开展了大量深入系统的研究,并取得了若干重要进展:1)揭示了气候系统的若干关键变化、驱动力和机制;2)剖析了海-陆-冰-气相互作用对我国重大极端气候事件的影响;3)在气候系统数值模式研发和预测系统集成方面取得重要进展;4)发展了延伸期-S2S-年代际的气候系统预测理论和方法。本文对这些进展作了扼要介绍,并针对气候与环境变化归因、古今气候环境研究融合、跨时空气候系统变异和极端气候、人工智能与气候科学、年代际预测和风险应对体系等关键科学问题做了展望。

南极普里兹湾气旋的生消发展

利用 198 9～ 2 0 0 0年现场观测的气象资料 ,特别是自 1997年以来在南极考察船上接收的NOAA卫星极轨高分辨的卫星云图 ,研究了普里兹湾气旋的生消发展 ;提出了夏季绕极气旋进入普里兹湾内也会发展加强 ,在湾内东风带里也能生成气旋的新观点 ,修正了普里兹湾仅是气旋墓地的不全面说法 ,从而进一步完善了南极西风带绕极气旋和东风带上气旋生消发展的理论 ;研究了普里兹湾冰 -气 -海相互作用的机理 ,解释了气旋发生、发展的物理过程 .用整体动力学输送法计算了进入普里兹湾 980 2 0 5号绕极气旋爆发性发展的能量交换 ,指出气旋在超过冰坝进入冰间湖可以获得巨大的热量 ,使气旋迅速发展成为具有南极特色的强风暴 ,风力达 12级以上 ,平均风速为 38m/s ;瞬时最大风速达 10 0m/s .