南极地区气候系统变化: 过去、现在和将来

南极科学委员会（SCAR）下属的"南极与全球气候系统（AGCS）计划"专家委员会发布了"南极与南大洋气候系统（SASOCS）"白皮书,重点评估了过去50 a南极地区气候系统的变化并预估了未来100 a情景。白皮书总体认为,过去50 a南极气候系统变化表现出很强的区域特征。南极半岛地区升温明显,半岛及亚南极岛屿上的冰川均处于退缩状态;南半球环状模（SAM）转为正位相,西南极上空的暖湿气团入侵加强,南极冬季对流层有升温趋势,平流层变冷,极涡消退日期推迟;东南极外围的南极底层水变淡,Weddell海区的底层水有变暖趋势。虽有上述区域变化,整个南极地区在过去50 a中近地面气温并无明显升高,降水亦无明显增加。自20世纪80年代以来海冰面积也无明显变化,只在某些扇区变化强烈。模式预估结果为：到21世纪末南极内陆地区将增暖（3.4±1.0）℃, 海冰面积将缩小约30%。现有的冰盖模式尚不足以回答未来气候变暖情景下冰盖融化与海平面变化之间的定量关系,有待更深入研究。     

大气河对南极冰盖及海冰的影响

南极冰盖与海冰对全球气候具有重要影响。大气河作为高纬度地区经向水汽输送的重要途径,其对南极冰盖与海冰的影响在近年来愈发受到重视。南极大气河通常形成于高压脊(阻塞高压)与温带气旋之间的强向极经向输送带内。低频的大气河活动为南极带来强降雪,有利于冰盖质量增加。然而,强暖湿水汽侵入同时会导致表面融化、冰架崩解和极端高温,对冰盖质量存在潜在负贡献。大气河携带极端暖湿水汽与强风通过热力与动力过程导致海冰密集度下降。目前,大气河的识别算法仍不完善,其对液态降水的直接影响、与南大洋的相互作用等仍不清楚,需要进一步明晰大气河对南极冰盖与海冰的影响机制,以准确预估未来大气河对南极冰盖物质平衡与海冰变化的作用。     

珠江流域1961-2007年气候变化及2011-2060年预估分析

 根据珠江流域1961-2007年气温、降水量观测资料和ECHAM5/MPI-OM模式2011-2060年预估结果,分析了流域过去47 a的气温和降水量变化,并预估未来50 a变化趋势。结果表明,在全球变暖的背景下,过去47 a温度呈上升趋势,约升高1.8℃。冬季增温最明显,夏季最弱。未来50 a流域温度仍呈上升趋势,A1B情景下升幅约1.9℃,并且年际变化增强。A2和B1两种排放情景下秋季升温最显著,冬季最弱,A1B排放情景与此相反。过去47 a秋季降水量呈减少趋势;春、夏、冬季和年降水量均呈增加趋势。未来50 a降水总体呈增加趋势,A1B排放情景降水增加最多,约为230 mm。A2、A1B和B1情景下降水季节分配未发生显著变化。年降水和冬季降水的年际变率增强,秋季减弱。     

南极洲冰封的边缘正在迅速消失

<正>一项新研究表明:南极洲冰封的边缘正在溶解于日益变暖的海水中,而且在过去的10年里南极冰的消失速度有了显著的增大。南极冰盖是覆盖南极大陆绝大部分地区的厚厚冰层,其漂浮的边缘由延伸到周围海洋中的冰架构成,这些冰架对南极冰盖起到了固定作用,对于"接地部分"的冰起到了支撑作用,有助于减缓冰盖中的冰川流入海洋的速度。然而,不断变暖的海水一直在侵蚀这些冰架的底部,     

未来20年中国气温变化预估

利用大约40余个气候模式和模式集合,考虑多种人类排放情景,预估到2025年前相对于1961－1990年中国的气温变化。只考虑未来人类排放增加多模式集成预估结果表明,中国年平均气温自2006到2025年的20 a期间将继续变暖0.55 ℃,至2010年年平均气温平均变暖大约为1.08 ℃（平均变暖范围为 0.73-1.54 ℃）,至2020年年平均变暖约为1.43 ℃（平均变暖范围为1.10-2.09 ℃）,至2025年平均变暖约为1.39 ℃（平均变暖范围为0.94-2.19 ℃）。 对1990－2005年已经出现观测事实的近16 a气候模式预估结果进行检验表明,多模式考虑多种排放情景集成,一致预估出这16 a的明显变暖趋势,但是变暖幅度略低于实际观测值。经检测证实,对2006－2025年中国气温的预估具有一定的可信度。需要指出的是,目前的预估没有考虑未来的自然变化,只考虑人类排放继续增加的影响。     

青藏高原及铁路沿线未来50年气候变化的模拟分析

利用由IPCC数据分发中心（DDC）提供的5个全球海气耦合模式（包括海冰与陆地生态系统）（CCCma,CCSR,CSIRO,GFDL,Hadley）气温及降水的模拟结果,对温室气体排放情景SRES-A2和B2影响下,青藏高原及铁路沿线未来50年气温和降水的变化进行了分析,包括整个青藏高原地区2011-2040年,2041-2070年的温度和降水空间分布特征以及21世纪前50年温度和降水变化的线性倾向等,结果表明：在人类活动引起的温室气体不断增加的情况下,21世纪青藏高原地区的温度将继续增加,在B2排放情景下,2011～2040年年平均温度增暖在高原主体达到1．6℃;20412070年,整个青藏高原的温度将上升2．8～3．0℃,A2排放情景下的升温幅度比B2排放情景下略高。对青藏铁路沿线地区各站A2和B2两种排放情景下,每10年平均的温度分析表明,在A2排放情景下,到2050年前后青藏铁路沿线各站的温度增加将是2010年时的2～3倍左右,A2时在2．56～2．96℃之间,B2时在2．37～2．65℃之间。对21世纪前50年整个青藏高原地区温度变化的线性倾向的空间分布的分析可知,在A2排放情景下,大部分都在1.5～2．5℃／50a,冬季大部分地区的变暖倾向都在2．0℃／50a以上,有些地区达到2．5℃／50a以上,夏季在2℃／50a左右;B2时青藏高原地区温度变化倾向的分布趋势与A2时基本一致,只是变化的数值偏低约0．5℃。对21世纪青藏高原地区降水变化的预估结果表明,与温度不同,在两种不同的排放情景下,降水的变化较为复杂。总体来说,21世纪前50年青藏高原大部分地区的降水为增加趋势。     

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。     

南极地区温度和海冰的变化特征及相互关系

对南极地区温度和海冰的时空变化特征及相互关系进行的初步研究结果表明:近30余年来南极地区有显著的变暖趋势，时空差异比较明显。 其中以南极半岛地区的变暖趋势最大，为整个东南极沿岸增温率的2～3倍。近20年来，整个平均的南极海冰和温度的变化趋势相反，年际变化的相关关系不显著。经过聚类分析划分出不同的气候区，能清楚地显示出某些区两者的关系。海冰与同区沿岸温度距平相关信号最强区在南大西洋至西南太平洋海域。     

澜沧江流域1951-2008年气候变化和2010-2099年不同情景下模式预估结果分析

利用澜沧江流域1951-2008年的降水和气温观测资料以及多模式集成的21世纪（2010-2099年）不同情景下（SRES A1B、SRES A2和SRES B1）气候变化模拟试验的预估结果,分析了该流域过去58年降水和气温的变化,并预估了未来90年的气候变化趋势。结果表明,在全球增暖的大背景下,过去58年澜沧江流域的年降水量下降了46.4 mm,气温有所上升,升温率达到了0.15℃/10a。在未来的90年,无论在哪种排放情景下,降水都表现为明显的上升趋势,而且相对于过去58年的结果,3种不同情景下降水的年代际变率都有所增加,其中A2情景值最大,B1情景值最小。年平均气温无论是在过去的58年还是在未来的90年都以明显的上升趋势为主,3种情景下气温的升温率远远超过过去58的结果。     

南极海冰与南半球大气环流关系的初步探讨

本文利用１９７３—１９８２年南极海冰北界资料，分析了南极海冰平均北界（海冰范围）的变化及其与南半球大气环流变化间的联系。１９７６年前，南极海冰平均北界偏北（海冰范围扩大），而１９７７年－１９８０年，南极海冰平均北界偏南（海冰范围缩小）。与此相对应，这两个时期的南半球大气环流具有明显不同的特点。在南极海冰平均北界偏北、海冰范围扩大时期，南极高压和绕极低压带偏弱，南半球中高纬度地区槽脊位置偏西，南印度洋和南大晒洋副热带高压偏弱，南太平洋副热带西凤减弱、中纬度西风加强，而南太平洋副热带高压和印度尼西亚低压带发展，南方涛动处于正位相阶段；在南极海冰平均北界偏南、海冰范围缩小时期，则相反。分析表明，南方涛动与南极海冰之间存在相互联系，并以南极海冰超前南方涛动约２个月时的关系最好，其次是南极海冰落后南方涛动４个月。     

An assessment and interpretation of the observed warming of West Antarctica in the austral spring

We synthesize variability and trends in multiple analyses of Antarctic near-surface temperature representing several independent source datasets and spatially complete reconstructions, and place these into the broader context of the behavior of other components of the climate system during the past 30–50?years. Along with an annual-mean trend during the past 50?years of about 0.1°C/decade averaged over Antarctica, there is a distinct seasonality to the trends, with insignificant change (and even some cooling) in austral summer and autumn in East Antarctica, contrasting with warming in austral winter and spring. Apart from the Peninsula, the seasonal warming is largest and most significant in West Antarctica in the austral spring since the late 1970s. Concurrent trends in sea ice are independent evidence of the observed warming over West Antarctic, with the decrease in sea ice area in the Amundsen and Bellingshausen Seas congruent with at least 50% of the inland warming of West Antarctica. Trends in near surface winds and geopotential heights over the high-latitude South Pacific are consistent with a role for atmospheric forcing of the sea ice and air temperature anomalies. Most of the circulation trend projects onto the two Pacific South American (PSA) modes of atmospheric circulation variability, while the Southern Annular Mode lacks a positive trend in spring that would otherwise cause a cooling tendency. The largest circulation trend is associated with the PSA-1 mode, a wave-train extending from the tropics to the high Southern latitudes. The PSA-1 mode is significantly correlated with SSTs in the southwestern tropical and subtropical Pacific. The increased SSTs in this region, together with the observed increase in rainfall, suggest that anomalous deep convection has strengthened or increased the occurrence of the Rossby wave-train associated with PSA-1. This hypothesis is supported by results from two ensembles of SST-forced atmospheric general circulation model simulations. Finally, the implications of the seasonality, timing, and spatial patterns of Antarctic temperature trends with respect to interpreting the relative roles of stratospheric ozone depletion, SSTs and increased atmospheric concentrations of greenhouse gasses are discussed.     

近20年来中国极地大气科学研究进展

南极、北极和青藏高原是地球上的 3大气候敏感地区 ,是多个国际计划研究全球变化的关键地区。中国的南极和北极实地考察研究 ,分别始于 2 0世纪 80和 90年代 ,起步较晚 ,但近 2 0余年来有较大的进展。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。讫今为止 ,中国已组织了 2 0次南极考察和 3次北极考察 ,建立了中国南极长城站、中山站和北极黄河站等 3个常年科学考察站 ;进行了常规地面气象、Brewer大气臭氧、近地面物理、高层大气物理、冰雪和大气化学等观测 ,获得了较为系统的极地大气科学第一手资料 ;开展了有关极地与全球变化的研究 ,取得了新的进展。南极地区大气温度、臭氧和海冰的气候变化在时间和空间上都是多样的。南极地区的增暖主要发生在南极半岛地区 ,在南极大陆主体并不明显 ,近 10余年来还有降温趋势。中国南极长城站和中山站的观测资料也证实了这一点。此外 ,还揭示了南极半岛西侧和罗斯海外围的海冰变化具有“翘翘板”特征 ,由此定义的南极涛动指数可用来讨论南极海冰状况和海冰关键区的活动 ;用实地考察资料研究了极地不同下垫面的近地面物理和海 -冰 -气相互作用特征 ,给出了边界层特征参数 ;讨论了极地天气气候和大气环境特征及其对东亚大气环流和中国天气气候的影响 ;利用     

Arctic sea ice and Eurasian climate: A review

The Arctic plays a fundamental role in the climate system and has shown significant climate change in recent decades,including the Arctic warming and decline of Arctic sea-ice extent and thickness. In contrast to the Arctic warming and reduction of Arctic sea ice, Europe, East Asia and North America have experienced anomalously cold conditions, with record snowfall during recent years. In this paper, we review current understanding of the sea-ice impacts on the Eurasian climate.Paleo, observational and modelling studies are covered to summarize several major themes, including: the variability of Arctic sea ice and its controls; the likely causes and apparent impacts of the Arctic sea-ice decline during the satellite era,as well as past and projected future impacts and trends; the links and feedback mechanisms between the Arctic sea ice and the Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation, the recent Eurasian cooling, winter atmospheric circulation, summer precipitation in East Asia, spring snowfall over Eurasia, East Asian winter monsoon, and midlatitude extreme weather; and the remote climate response(e.g., atmospheric circulation, air temperature) to changes in Arctic sea ice. We conclude with a brief summary and suggestions for future research.     

Climate fluctuations of the Weddell Sea and its surroundings in a transient climate change scenario

The response of the Weddell Sea and Antarctic Peninsula to anthropogenic forcing simulated by a global climate model is analyzed. The model, despite its low resolution, is able to capture several aspects of the observed regional pattern of climate change. A strong warming and depletion of the sea ice cover in the western Weddell Sea contrasts with a slight cooling and a sea-ice extension in the eastern Weddell Sea. This simulated long-term climate change is modulated by interdecadal variability but also affected by some abrupt regional changes in the oceanic mixed layer depth. Between 1960 and 2030 a reorganization of the deep convection activity in the Weddell Sea sustains the opposition between the eastern and western Weddell Sea. The deep convection collapses in the western Weddell Sea in the 2030s. The sea ice retreat trend is then followed by an increase of the sea ice cover in the western Weddell Sea. In the eastern Weddell Sea another abrupt collapse of the deep convection activity occurs around 2080. This event is followed by a rapid cooling and sea ice extension during the next 20 years. Most of the surface changes are associated with large-scale atmospheric circulation changes that project on the dominant mode of natural variability but also with oceanic convection and circulation changes.     

南极海冰北界涛动指数及其与我国夏季天气气候的关系

南极海冰的变化和全球大气环流关系密切。南极各区海冰的不同变化, 对南北半球大气环流有着不同的影响。文中基于对南极海冰变化的客观分区, 定义了南极海冰北界涛动指数 (ASEOI), 并结合中央气象台提供的南方涛动指数、北半球500 hPa和100 hPa高度场资料以及我国160站降水、温度资料, 利用诊断分析方法, 对ASEOI与我国夏季天气气候的关系进行了研究。研究表明:ASEOI对我国长江中下游降水及全国大部分地区温度具有指示意义。若前一年10月ASEOI偏低, 则当年7月我国长江中下游降水偏多, 引发洪涝灾害的可能性很大; 温度场上, 我国北方气温偏高, 南方气温偏低, 而高温往往伴随着少雨, 这无疑会加剧华北本就严重的旱情。     

Analysis of the projected regional sea-ice changes in the Southern Ocean during the twenty-first century

Using the set of simulations performed with atmosphere-ocean general circulation models (AOGCMs) for the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC AR4), the projected regional distribution of sea ice for the twenty-first century has been investigated. Averaged over all those model simulations, the current climate is reasonably well reproduced. However, this averaging procedure hides the errors from individual models. Over the twentieth century, the multimodel average simulates a larger sea-ice concentration decrease around the Antarctic Peninsula compared to other regions, which is in qualitative agreement with observations. This is likely related to the positive trend in the Southern Annular Mode (SAM) index over the twentieth century, in both observations and in the multimodel average. Despite the simulated positive future trend in SAM, such a regional feature around the Antarctic Peninsula is absent in the projected sea-ice change for the end of the twenty-first century. The maximum decrease is indeed located over the central Weddell Sea and the Amundsen–Bellingshausen Seas. In most models, changes in the oceanic currents could play a role in the regional distribution of the sea ice, especially in the Ross Sea, where stronger southward currents could be responsible for a smaller sea-ice decrease during the twenty-first century. Finally, changes in the mixed layer depth can be found in some models, inducing locally strong changes in the sea-ice concentration.

南、北极海冰的长期变化趋势及其与大气环流的联系

采用南、北极海冰面积指数 1°× 1°经纬度格点资料及海平面气压资料 ,运用多种统计方法 ,研究了南、北极海冰的长期变化趋势、突变特征及其与大气环流的联系 ,发现近年来南极冬、春、秋季海冰逐渐减少 ,夏季海冰逐渐增加 ;北极春、夏、秋季海冰均不同程度地减少 ,冬季海冰变化趋势不明显 ;南、北极各季海冰的年际变化均存在一定的突发性 ,大气环流在海冰突变年前后有显著的差异