冬春季节北极海冰的年际和年代际变化

利用1953～1990年海冰密集度资料,研究了冬、春季节北极海冰的时空变化特征.结果表明:冬,春季节海冰变率大的海区主要有巴伦支海、格陵兰海、巴芬湾、戴维斯海峡以及白令海;在巴芬湾、戴维斯海峡和白令海海区,冬季海冰变率比春季的大;冬、春季节喀拉海、巴伦支海海冰面积均与春季白令海海冰面积呈反向变化关系,与巴芬湾、戴维斯海峡海冰面积也存在相反的变化趋势.分析还表明:北极海冰面积还表现出年代际时间尺度变化,尤其在冬季.春季格陵兰海海冰明显存在12年变化周期,而在冬、春季节,喀拉海、巴伦支海海冰存在l0年变化周期.     

北极海冰的厚度和面积变化对大气环流影响的数值模拟

文中利用中国科学院大气物理研究所设计的两层大气环流模式 ,模拟研究了北极海冰厚度和面积变化对大气环流的影响 ,尤其是对东亚区域气候变化的影响。模式中海冰厚度处理趋于合理分布 ,导致东亚冬、夏季风偏强 ,使冬季西伯利亚高压和冰岛低压的模拟结果更趋合理 ;另一方面 ,海冰厚度变化可以激发出跨越欧亚大陆的行星波传播 ,在低纬度地区 ,该行星波由西太平洋向东太平洋地区传播 ;海冰厚度变化对低纬度地区的对流活动也有影响。冬季北极巴伦支海海冰变化对后期大气环流也有显著的影响。数值模拟结果表明 :冬季巴伦支海海冰偏多 (少 )时 ,春季 (4～ 6月 )北太平洋中部海平面气压升高 (降低 ) ,阿留申低压减弱 (加深 ) ,有利于春季白令海海冰偏少 (多 ) ;而夏季 ,亚洲大陆热低压加深 (减弱 ) ,5 0 0 h Pa西太平洋副热带高压位置偏北 (南 )、强度偏强 (弱 ) ,东亚夏季风易偏强 (弱 )。     

北极海冰变化的时间和空间型

利用 4 4a(195 1～ 1994年 )北极海冰密度逐月资料 ,分析提出了一种与北极冰自然季节变化相吻合的分季法 ,并根据这种分季法 ,使用EOF分解 ,揭示了北极各季海冰面积异常的特征空间型及其对应的时间变化尺度。结果表明 :(1)北极冰面积异常变化的关键区 ,冬季 (2～ 4月 )主要位于北大西洋一侧的格陵兰海、巴伦支海和戴维斯海峡以及北太平洋一侧的鄂霍次克海和白令海 ,夏季 (8～ 10月 )则主要限于从喀拉海、东西伯利亚海、楚科奇海到波佛特海的纬向带状区域内 ,格陵兰海和巴伦支海是北极海冰面积异常变化的最重要区域 ;(2 )春 (5～ 7月 )、秋 (11月～次年 1月 )季各主要海区海冰面积异常基本呈同相变化 ,夏季东西伯利亚海、楚科奇海、波佛特海一带海冰面积异常和喀拉海呈反相变化 ,而冬季巴伦支海、格陵兰海海冰面积异常和戴维斯海峡、拉布拉多海、白令海、鄂霍次克海的海冰变化呈反相变化 ;(3)北极冰总面积过去 4 4a来确实经历了一种趋势性的减少 ,并且叠加在这种趋势变化之上的是年代尺度变化 ,其中春季 (5～ 7月 )海冰面积异常变化对年平均北极冰总面积异常变化作出了主要贡献 ;(4)位于北太平洋一侧极冰面积异常型基本具有半年的持续性 ,而位于北大西洋一侧极冰面积异常型具有半年至一年的持续性     

冬季北极喀拉海、巴伦支海海冰面积变化对东亚冬季风的影响

通过大量的数据分析发现,冬季喀拉海、巴伦支海海区是影响东亚以及北半球气候变化的关键区之一,该海区海冰面积变化与大气500 hPa高度场的EU遥相关型以及东亚冬季风强、弱之间存在密切的关系。冬季该海区海冰偏多,则500 hPa高度场容易出现EU遥相关型（日本及西欧500 hPa高度场偏高）,亚洲大陆上的冷高压减弱,而北太平洋海域海平面气压升高,致使东亚冬季风偏弱以及2月份入侵我国的冷空气次数减少;而冬季该海区海冰偏少时,情况正好相反。     

冬季北极海冰与中国同期气温的关系

采用Hadley中心的海冰密集度资料和中国160站气温资料,对冬季北极海冰变化的主要模态进行了分析,定义了5个关键海区,重点讨论了冬季北极海冰异常与中国冬季气温的关系。结果表明,冬季北极海冰变化主要表现为第一模态,即太平洋、大西洋的海冰反位相分布。海冰变化的关键区域为区域Ⅰ巴伦支海、区域Ⅱ格陵兰海、区域Ⅲ戴维斯海峡、区域Ⅳ白令海以及区域Ⅴ鄂霍次克海。中国冬季平均气温、冬季最低气温、冬季最高气温均与北极关键海区的海冰异常有显著相关,但是与其对应的海区有所不同。     

北极海冰的气候变化与20世纪90年代的突变

应用英国Had ley气候研究中心1968~2000年的1°×1°的北半球逐月海冰密集度资料,使用EOF分解等统计方法,探讨北极海冰的气候变化趋势、海冰的突变、海冰的季节持续性和各季的特色。结果表明:(1)自1968年以来,北极海冰的减小是北半球海冰变化的总趋势;海冰的趋势变化在海冰的年际总变化中占有相当重要的地位,可达50%左右。冬春季主要减少区域在格陵兰海、巴伦支海和白令海;夏秋季海冰减少是唯一趋势,中心在北冰洋边缘的喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科奇海、波弗特海。(2)20世纪80年代中后期北极海冰已出现减小趋势,在20世纪90年代,海冰又出现范围和面积的突然减少,中心在格陵兰海和巴伦支海;即海冰减少是加速的,其变化程度已远远超过一般的自然变化。(3)海冰有很好的季节持续性,有很强的隔季相关,也有较好的隔年相关;各季节海冰分布型之间有很好的联系,表现为海冰分布型的总体变化趋势是一致的,在海冰的减少中也体现了分布型的特征。     

冬季大气环流对北太平洋海冰和黑潮暖流海温的强迫作用

本文应用奇异值分解等统计方法，探讨冬季北太平洋海冰浓度、海温与大尺度大气环流型间的联系。分析结果表明:冬季北太平洋海域海冰存在一个主要的分布型，即鄂霍次克海和白令海的海冰呈反位相。海冰的该种分布特征是与大气中的WP型紧密联系的，并以大气超前海冰一个月最为明显。同时，WP型强迫作用于黑潮暖流区的海温，海温滞后大气一个月。具体表现为在东亚冬季风较弱的年份，鄂霍次克海海冰增多，白令海海冰减少，黑潮暖流区海温增高，反之则相反。     

北半球海-冰-气系统的10年振荡及其振源初探

采用最大熵谱方法分析了1953～1990年间冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积指数、西伯利亚高压强度指数、东亚冬季风强度指数的变化周期,并把冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化与春夏各季节副热带高压的特征量指数（包括面积指数、强度指数）变化进行了比较。研究发现在海冰-大气气候系统中,明显存在10年尺度周期性变化;冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化与西伯利亚高压强度指数、东亚冬季风强度指数均呈现相反的变化趋势,海冰偏多（少）则西伯利亚高压偏弱（强）、东亚冬季风也偏弱（强）;冬季海冰面积变化与春夏各季节副热带高压的范围、强度均呈现相同的变化趋势,并且海冰变化要超前0～1年;复经验正交分析表明大气10年尺度周期性变化的振荡源分布均与某一海区（洋区）有关,大气10年尺度变化是对海洋（海冰）变化的响应。     

北极海冰与赤道东太平洋海温的相互影响及其与El Nino的联系

对北极海冰面积与赤道东太平洋海温作了交叉相关分析，揭示了北极海冰与赤道东太平洋海温间相互影响的关系及其时空特点，并讨论了Ｅｌ Ｎｉｎｏ与北极海冰间的联系。结果表明，北极Ⅴ－Ⅵ区冬季海冰面积能够对以后冬季的赤道东太平洋海温产生持续的影响，而北极Ⅶ区夏秋季的海冰面积能够影响来年夏秋季的海温；赤道东太平洋海温对海冰的影响表现为前期海温能够影响北极Ｉ区春季海冰的消融。此外，前期北极海冰状况对Ｅｌ Ｎｉｎｏ     

北极海冰变化对新疆冬季气温的影响研究

利用1961年12月—2022年2月新疆冬季气温、北极海冰等资料，探讨北极海冰变化影响新疆冬季气温的物理模态、影响机制。结果表明，北极海冰的变化与新疆大部冬季气温呈正相关，北极海冰变化通过改变北半球大气高低空配置进而影响新疆冬季气温。另外，不同海区的海冰变化对新疆冬季气温的影响有显著区别：格陵兰海—丹麦海峡、拉普捷夫海—东西伯利亚海海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏高。巴伦支海—喀拉海、鄂霍次克海—白令海峡、哈德孙湾—戴维斯海峡海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏低。     

宁夏春季沙尘暴与北极海冰之间的遥相关关系

根据宁夏沙尘暴发生次数资料、北极海冰密集度资料和NCEP／NCAR再分析500hPa、850hPa高度场、风场资料，得出了宁夏春季沙尘暴发生次数的变化规律及其与北极海冰面积之间的年代际和年际相关关系，发现宁夏春季沙尘暴发生次数与欧亚大陆北部的喀拉海、巴伦支海和格陵兰海冰面积之间存在较显著的年代际、年际相关关系。通过合成和相关分析知，宁夏春季沙尘暴偏多、偏少状况有明显不同的环流背景场，秋季格陵兰海冰异常变化通过影响其后一段时间的大气环流背景场，从而对宁夏沙尘暴产生影响。初步得出当格陵兰海秋季海冰面积增大(减小)，次年春季蒙古至西伯利亚一带500hPa、850hPa高压场降低(升高)，风场有明显的气旋性(反气旋性)特点，在宁夏至新疆一带西风明显偏强(偏弱)，说明冷空气活动次数偏多(少)，对应宁夏春季沙尘暴发生次数偏多(少)。通过海冰将全球气候变暖和宁夏(我国北方)沙尘暴总减少趋势联系起来，初次提出在环境总体恶化情况下，我国沙尘暴发生次数总体趋于减少，很可能是全球气候变暖所致。     

南极海冰的年际变化对中国东部夏季降水的影响

根据Hadley中心提供的1969—1998年的南极海冰再分析资料和其它多种观测资料，分析了南极海冰的年际和季节变化，指出南极海冰具有显著的年际变化，但与ENSO的关系则较为复杂。南极海冰维持了南半球高纬地区大气环流的季节持续性，因而对短期气候预测有较大帮助。相关分析和时间序列分析均证实中国东部夏季降水与南极海冰的年际变化有关，当北半球春夏季南极海冰增多时，华北降水增多而华南和东北降水减少。研究还表明，此种雨型分布与南极海冰变化引起的东亚夏季风环流变化有关。     

Teleconnection between Sea Ice in the Barents Sea in June and the Silk Road,Pacific–Japan and East Asian Rainfall Patterns in August

In contrast to previous studies that have tended to focus on the influence of the total Arctic sea-ice cover on the East Asian summer tripole rainfall pattern, the present study identifies the Barents Sea as the key region where the June sea-ice variability exerts the most significant impacts on the East Asian August tripole rainfall pattern, and explores the teleconnection mechanisms involved. The results reveal that a reduction in June sea ice excites anomalous upward air motion due to strong near-surface thermal forcing, which further triggers a meridional overturning wave-like pattern extending to midlatitudes.Anomalous downward motion therefore forms over the Caspian Sea, which in turn induces zonally oriented overturning circulation along the subtropical jet stream, exhibiting the east–west Rossby wave train known as the Silk Road pattern. It is suggested that the Bonin high, a subtropical anticyclone predominant near South Korea, shows a significant anomaly due to the eastward extension of the Silk Road pattern to East Asia. As a possible descending branch of the Hadley cell, the Bonin high anomaly ultimately triggers a meridional overturning, establishing the Pacific–Japan pattern. This in turn induces an anomalous anticyclone and cyclone pair over East Asia, and a tripole vertical convection anomaly meridionally oriented over East Asia. Consequently, a tripole rainfall anomaly pattern is observed over East Asia. Results from numerical experiments using version 5 of the Community Atmosphere Model support the interpretation of this chain of events.     

Simulations of Eurasian Winter Temperature Trends in Coupled and Uncoupled CFSv2

Conflicting results have been presented regarding the link between Arctic sea-ice loss and midlatitude cooling, particularly over Eurasia. This study analyzes uncoupled(atmosphere-only) and coupled(ocean–atmosphere) simulations by the Climate Forecast System, version 2(CFSv2), to examine this linkage during the Northern Hemisphere winter, focusing on the simulation of the observed surface cooling trend over Eurasia during the last three decades. The uncoupled simulations are Atmospheric Model Intercomparison Project(AMIP) runs forced with mean seasonal cycles of sea surface temperature(SST)and sea ice, using combinations of SST and sea ice from different time periods to assess the role that each plays individually,and to assess the role of atmospheric internal variability. Coupled runs are used to further investigate the role of internal variability via the analysis of initialized predictions and the evolution of the forecast with lead time.The AMIP simulations show a mean warming response over Eurasia due to SST changes, but little response to changes in sea ice. Individual runs simulate cooler periods over Eurasia, and this is shown to be concurrent with a stronger Siberian high and warming over Greenland. No substantial differences in the variability of Eurasian surface temperatures are found between the different model configurations. In the coupled runs, the region of significant warming over Eurasia is small at short leads, but increases at longer leads. It is concluded that, although the models have some capability in highlighting the temperature variability over Eurasia, the observed cooling may still be a consequence of internal variability.     

Design and Numerical Simulation of an Arctic Ocean Circulation and Thermodynamic Sea－Ice Model

In this paper, the first version of a new Arctic Ocean circulation and thermodynamic sea-ice model is presented by the authors based on the framework of a twenty-layer World Oceanic general circulation model developed by Zhang et al. in 1994, The model’s domain covers the Arctic Ocean and Greenland-Norwegian Seas with the horizon-tal resolution of 200 km × 200 km on a stereographic projection plane. In vertical, the model uses the Eta-coordinate (Sigma modified to have quasi-horizontal coordinate surfaces) and has ten unevenly-spaced layers to cover the deep-est water column of 3000 m. Two 150-year integrations of coupling the ocean circulation model with the sea-ice model have been performed with seasonally cyclic surface boundary conditions. The only difference between the two experiments is in the model’s geography. Some preliminary analyses of the experimental results have been done fo-cused on the following aspects: (1) surface layer temperature, salinity and current; (2) the "Atlantic Layer"; (3) sea-ice cover and its seasonal variation. In comparison with the available observational data, these results are accept-able with reasonable accuracy.     

LICOM Model Datasets for the CMIP6 Ocean Model Intercomparison Project

The datasets of two Ocean Model Intercomparison Project(OMIP)simulation experiments from the LASG/IAP Climate Ocean Model,version 3(LICOM3),forced by two different sets of atmospheric surface data,are described in this paper.The experiment forced by CORE-II(Co-ordinated Ocean–Ice Reference Experiments,Phase II)data(1948–2009)is called OMIP1,and that forced by JRA55-do(surface dataset for driving ocean–sea-ice models based on Japanese 55-year atmospheric reanalysis)data(1958–2018)is called OMIP2.First,the improvement of LICOM from CMIP5 to CMIP6 and the configurations of the two experiments are described.Second,the basic performances of the two experiments are validated using the climatological-mean and interannual time scales from observation.We find that the mean states,interannual variabilities,and long-term linear trends can be reproduced well by the two experiments.The differences between the two datasets are also discussed.Finally,the usage of these data is described.These datasets are helpful toward understanding the origin system bias of the fully coupled model.     

戴维斯海峡海冰与华北降水的年际关系及其年代际变化

利用北极海冰面积指数和中国160站降水资料，探讨了冬季戴维斯海峡海冰和华北7月降水年际变化的相关特征，并分析了二者年际关系的年代际变化。结果表明，冬季戴维斯海峡海冰与华北7月降水在年际时间尺度上呈反相关关系，1974年前后两者的年际关系由反相关较强转为变弱。冬季戴维斯海峡海冰与中国7月160站降水的年际相关分布在1974年前后由东部型转变为江淮型。