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北极海冰运动变化特征分析

田忠翔  
【摘要】:本文采用1979-2006年IABP的海平面气压数据、1979-2007年IABP的北极海冰运动数据、NCEP的风场数据、NSIDC的北极海冰密集度数据和NOAA的AO指数,以及Kwok博士提供的1978/79-2006/07年平均弗雷姆海峡输出海冰面积等数据,利用气候诊断方法(相关性分析、趋势分析、小波分析等),分析了不同时间尺度上的北极海冰运动特征、弗雷姆海峡及其附近海域的海冰运动特征以及海冰运动速度与风速的相关性。 首先,利用1979-2006年北极海冰运动数据和海平面气压数据发现,北极海冰运动特征与大气环流的状态有密切关系。在不同时间尺度上,都体现出北极海冰运动的两个基本特征,即反气旋式的波弗特涡和穿极漂流,但是强度有所差异。从月平均分析结果发现,波弗特涡基本上是随着波弗特高压的移动而移动。6-9月,北极上空出现低压系统,在此系统的影响下,海冰出现气旋式运动,并随低压系统移动而移动,穿极漂流较弱,其余月份则相差不大。虽然穿极漂流在不同时间的强度有所差异,但大多是先沿着等压线运动至北极中心,然后穿越等压线流出北极。 其次,本文根据年平均海平面气压和AO指数的变化,将1979-2006年分为三个时期:1979-1987年(第I时期)、1988-1994年(第II时期)、1995-2006年(第III时期)。其中,第II时期的海冰运动特征与其它两个时期差异较大,第I时期与第III时期的海冰运动特征都比较相似,但也存在一些差异,不同时期的大气环流变化可能是引起其差异的主要原因之一。穿极漂流的强度变化与波弗特涡的强度变化呈反向关系,而且,波弗特涡的强度与波弗特高压的变化成正相关。对于季节平均,最显著的特征是,第II时期冬季和夏季的海冰运动特征与高AO指数时非常接近。 再次,1979-2007年,弗雷姆海峡及其附近海域的月平均海冰运动速度x分量以每十年11.6%的速度增加,存在16年的强振荡周期。其季节循环呈“V”型变化,8月份最小。这种变化趋势与弗雷姆海峡输出海冰面积季节循环以及风速x分量季节循环的趋势非常相似,并且与风速x分量呈显著正相关。总体来说,风速x分量的增加可以导致海冰运动速度x分量增加,但不是导致海冰运动速度x分量增加的唯一因素,海冰自身的变化(例如海冰变薄)也可能是海冰运动速度x分量增加的原因。此外,海冰运动速度的显著增加趋势并没有给弗雷姆海峡海冰输出面积带来同样的变化趋势,这可能是弗雷姆海峡海冰密集度的减小趋势造成的。 最后,利用2000-2007年北极逐日海冰运动速度和10m高度风速数据对其相关性分析发现,海冰运动速度与风速的相关性具有时空差异。冬季的相关系数较高,而夏季偏低。海岸附近相关系数较低,北极中心和加拿大海盆的相关系数相对较高。北极东部沿海的相关系数普遍比较低。与以前研究利用2000年之前的数据所得结果不同的是,加拿大群岛北部多年冰区的海冰运动速度与风速的相关性比较高。


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