全球变暖与地球“三极”气候变化

北极、南极和青藏高原分别是地球的最北端、最南端和海拔最高的高原,被称为地球“三极”。地球三极是全球气候变化的关键区与敏感区,在区域及全球气候系统中的重要性日益凸显。本文回顾了该领域的最新研究成果,重点阐述了地球三极气候年代际变化的基本特征及其对区域气候的影响,探究了在全球气候变暖背景下地球三极气候变化之间的潜在联系,讨论并展望了未来地球三极气候变化研究所面临的挑战。

海洋资料同化对气候季节-年际预测技巧及初始场的影响试验

集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman filter,EnKF)是一种国内外广泛使用的海洋资料同化方案,用集合成员的状态集合表征模式的背景误差协方差,结合观测误差协方差,计算卡尔曼增益矩阵,有效地将观测信息添加到模式初始场中。由于季节、年际预测很大程度上受到初始场的影响,因此资料同化可以提高模式的预测性能。本文在NUIST-CFS1.0预测系统逐日SST nudging的初始化方案上,利用EnKF在每个月末将全场(full field)海表温度(sea surface temperature SST)、温盐廓线(in-situ temperature and salinity profiles,T-S profiles)以及卫星观测海平面高度异常(sea level anomalies SLA)观测资料同化到模式初始场中,对比分析了无海洋资料同化以及加入同化后初始场的区别、加入海洋资料同化后模式提前1~24个月预测性能的差异以及对于厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o–southern oscillation,ENSO)预测技巧的影响。结果表明,加入海洋资料同化能有效地改进初始场,并且呈现随深度增加初始场改进越显著的特征。加入同化后,对全球SST、次表层海水温度的平均预测技巧均有一定的提高,也表现出随深度增加预测技巧改进越明显的特征。但加入海洋资料同化后,模式对ENSO的预测技巧有所下降,可能是由于模式误差的存在,使得同化后的预测初始场从接近观测的状态又逐渐恢复到与模式动力相匹配的状态,加剧了赤道太平洋冷舌偏西、中东部偏暖的气候平均态漂移。

2011年3月日本福岛核电站核泄漏在海洋中的传输

使用全球版本的迈阿密等密度海洋环流模式对2011年3月日本福岛核电站泄漏在海洋中的传输以及扩散进行了数值模拟。数值模式中核废料(示踪物)排放情景采取等通量连续排放,排放时间从3月25日开始,分别持续20d以及1a,两种情形分别积分20a。为了减少海洋环流年际变化带来的数值模拟的的不确定性,20a的模式积分分别用2010年、1991—2011年、1971—1991年以及1951—1971年4个不同时段的NCEP/NCAR逐日再分析资料作为大气强迫场,因此每种排放情形包含4个数值试验。模拟结果的分析表明,不同核废料排放情景及其在不同时段大气资料对海洋模式的驱动下,模拟的示踪物总体的传输扩散路径(包括表层以及次表层)、传输速率以及垂直扩展的范围没有显著的差异。集合平均数值模拟的结果显示:在两种排放情景下,日本福岛核泄漏在海洋的传输路径受北太平洋副热带涡旋洋流系统主导,其传输路径首先主要向东,到达东太平洋后,再向南向西扩散至西太平洋,可能在10～15a左右影响到我国东部沿海海域,且海洋次表层的传输信号比表层信号早5a左右。通过进一步分析模式积分过程中最大示踪物浓度随时间变化发现,在积分第20a(2031年3月),海洋表层和次表层浓度的最高值分别只有模式积分第一年浓度的0.1%和1%。在积分的20a里,排放的核废料主要滞留在北太平洋海域(超过86%±1.5%的核废料在积分结束时,滞留在北太平洋),而在积分的前10a(2021年之前),几乎所有的核废料滞留在北太平洋;在核废料的垂直分布上,主要集中在海洋表层至600m的深度,在积分的20a时间里,没有核废料信号扩散至1 000m以下的深度。数值模拟的结果也表明核废料浓度减弱的强度以及演变的时间特征主要受洋流系统的影响,与排放源的排放时间长短关系不大。值得指出的是,更加准确地评估一个真实的核泄漏事故对海洋环境所造成的可能影响,还需要考虑大气中的放射性物质的沉降以及海洋生态对核物质的响应。