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太平洋入流对北极海冰的影响

胡宪敏  
【摘要】: 海冰是气候系统中的一个重要组成部分,在过去半个世纪里,北极海冰的巨大变化已经引起了广泛的关注,太平洋入流区(白令海和楚科奇海)是近年海冰密集度减小最剧烈的海域之一。虽然北冰洋和太平洋仅仅通过一条狭窄的白令海峡相连,但是太平洋暖水在入流区,乃至北冰洋内部的海冰融化和冻结过程中都扮演着一个重要而特殊的角色。因此,研究太平洋入流对北极海冰的影响不仅有助于更好地理解整个北极海冰变化,对研究北半球乃至全球气候变化也有重要意义。 本文首先利用德国学者Oberhuber的冰-海耦合模式模拟了北极海冰的季节变化。该模式显著特点就是海洋部分采用等位密面作为垂向坐标,为解决数值模拟中北极点的奇异值问题,模式中对地理坐标系进行了旋转处理,在新坐标系下,模拟区域包括白令海北部、整个北冰洋、哈得逊湾、巴芬湾、格凌兰-冰岛-挪威海和北大西洋的一部分。本文研究中,还采用区域加密方式提高了重点研究区域的水平分辩率,加密区最高分辩率可以达到0.2o。模拟结果中冬季最大海冰覆盖面积为1.46×10107km2,夏季最小值为0.73×107km2,与根据英国Met Hadley中心和美国冰雪数据中心提供数据计算结果接近。同时海冰厚度、海冰流场的空间分布与实际资料基本相符,比较好地抓住了北极地区海冰季节变化的主要特征。另外,通过设计白令海峡封闭数值试验,在气候平均意义上研究了太平洋入流暖水对于北极地区的海冰影响。讨论了有、无太平洋入流情况下,北冰洋表面流场、冰密集度和冰厚分布的差别。如果封闭白令海峡,由于没有太平洋入流带来的热量,夏季阿拉斯加沿岸海冰密集度增加,加拿大海盆区海冰增厚可达0.4m。但是海冰动力特征(海冰流场)对关闭白令海峡不是很敏感。 白令海和楚科奇海作为太平洋和北冰洋的过渡区域,是太平洋入流的必经之路,楚科奇海则更是太平洋入流在北冰洋的根据地。该海区的海冰不仅具有显著的季节变化,年际变化和年代际变化也很明显。本文采用英国Met Office中心海冰密集度和海表温度数据以及NCEP再分析气象资料分析,结果表明:1)在过去半个多世纪中两个海域的海冰范围有着明显的减小趋势,在楚科奇海为2846km2/年,在白令海更加明显,达到3693km2/年;2)在上世纪70年代后期,白令海海冰范围存在显著的均值突变现象,而楚科奇海海冰范围则主要体现为一个由相对低频(8-11年)的信号向相对高频(5-8年)信号的频变过程;3)在上述突变发生的前后两个时段里,表面气压、风场、表面气温等气象场的分布也发生了很大变化,相对突变前阶段,变化之后的冬季阿留申低压更加深厚,其中心低压降低、1005hPa区域显著扩大,并且核心位置偏向了白令海东南部,风场距平在白令海表现为气旋结构,导致中纬度更多热量输入到白令海东北等海域,是导致研究区域海冰范围减小的主要原因,此外2-4月海表低温期消失,海面风场等因素也有助于白令海海冰范围的减小;4)从热力角度,楚科奇海海冰范围频变信号的一部分可能是太平洋暖水将冬季太平洋年代际变化信号传递进来的结果;从动力角度,受北极风场等动力因子影响,来自波弗特海和东西伯利亚海的海冰平流与该频变现象也存在着密切的联系。


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