向极跨越70°N气旋的主要特征分析

北极地区以南生成并向北移动进入极区的气旋,在移动发展过程中常伴随大风、降水和升温等过程,对中低纬度地区物质和热量向极地输送起着重要作用,并对极区大气、海洋和海冰的变化产生一定影响。基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的1979—2015年的海平面气压再分析数据产品,利用气旋自动识别和追踪算法,开展气旋的识别和追踪,获得向极跨越70°N气旋的数量、强度、活动轨迹及北向运动纬距等主要特征如下:该类气旋在数量上,春、冬季多于夏、秋季,年总数量和春、秋、冬季均呈减少趋势;强气旋易发于冬季,弱气旋多发于夏季;该类气旋活动轨迹,冬季集中分布在海上,夏季在陆地上;该类气旋北向运动纬距整体平均为9.2°,冬季平均最大,为10.2°,夏季平均最小,为7.3°;在年际变化上,年平均和春、冬季平均呈增长趋势,夏、秋季平均呈减少趋势;在年代际变化上,年平均和夏、冬季平均从1979—1988年到1989—1998年阶段都是减小的,到1999—2008年阶段是增大的,其后再减小,春、秋季则无明显趋势变化。     

The role of declining Arctic sea ice in recent decreasing terrestrial Arctic snow depths

The dramatic decline in Arctic sea ice cover is anticipated to influence atmospheric temperatures and circulation patterns. These changes will affect the terrestrial climate beyond the boundary of the Arctic, consequently modulating terrestrial snow cover. Therefore, an improved understanding of the relationship between Arctic sea ice and snow depth over the terrestrial Arctic is warranted. We examined responses of snow depth to the declining Arctic sea ice extent in September, during the period of 1979–2006. The major reason for a focus on snow depth, rather than snow cover, is because its variability has a climatic memory that impacts hydrothermal processes during the following summer season. Analyses of combined data sets of satellite measurements of sea ice extent and snow depth, simulated by a land surface model (CHANGE), suggested that an anomalously larger snow depth over northeastern Siberia during autumn and winter was significantly correlated to the declining September Arctic sea ice extent, which has resulted in cooling temperatures, along with an increase in precipitation. Meanwhile, the reduction of Arctic sea ice has amplified warming temperatures in North America, which has readily offset the input of precipitation to snow cover, consequently further decreasing snow depth. However, a part of the Canadian Arctic recorded an increase in snow depth driven locally by the diminishing September Arctic sea ice extent. Decreasing snow depth at the hemispheric scale, outside the northernmost regions (i.e., northeastern Siberia and Canadian Arctic), indicated that Arctic amplification related to the diminishing Arctic sea ice has already impacted the terrestrial Arctic snow depth. The strong reduction in Arctic sea ice anticipated in the future also suggests a potential long-range impact on Arctic snow cover. Moreover, the snow depth during the early snow season tends to contribute to the warming of soil temperatures in the following summer, at least in the northernmost regions.     

影响北极地区迅速变化的一些关键过程研究

最近研究证明 ,近半个世纪来 ,北极地区正在发生迅速变化。部分地区温度上升了 2- 3°C ,北冰洋海冰退缩 5 %,中心地区海冰厚度变薄 ,海面压力降低 ,中上层水淡化和变暖 ,吸收CO2 能力增加 ,臭氧耗损和紫外线辐射增强。中国于 1 999年开展了“中国首次北极科学考察” ,在楚科奇海、加拿大海盆、白令海以及临近海域开展了海冰气相互作用的多学科综合考察 ,对北极的区域特征及其在全球变化中的作用研究获得一些新的认识。观测到加拿大海盆中层水持续增暖的现象 ,揭示了西北冰洋与白令海水体交换的途径和次表层暖水结构 ,发现了加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区。利用联合冰站观测数据 ,模拟了北冰洋夏季大气边界层结构和下垫面能量平衡的变化特征 ,定量给出了北冰洋夏季海 /气和冰 /气之间湍流通量和边界层参数的差异。海 /气CO2 的通量观测表明 ,考察区的大部分海域均为大气CO2 汇区 ;西北冰洋海冰区具有较高的生物泵运转效率 ,楚科奇海陆架是一个高效的有机碳“汇”区 ,寒冷水体中微生物活动并未受到明显抑制。沉积物的地球化学过程研究表明 ,海底表层沉积物中碘含量存在着由低纬度到高纬度增加趋势 ,北极地区可能是碘的汇区 ,碘可作为极区古海洋中的地球化学元素变化的重要指标。楚科奇海、白令海     

南大洋海冰影像地图投影变换与瓦片切割应用研究

南大洋海冰分布是南极考察过程中影响破冰船航行的重要因素,也是南极研究的重要内容之一。目前国际上不同机构发布的南大洋海冰分布图,大多是球面投影,不能直接用于主流的瓦片地图发布。将极方位立体投影海冰图转换为目前主流的网络墨卡托投影地图,并利用合适的图像重采样方法,按照不同级别比例尺进行瓦片切割和编号存储,最终实现海冰影像地图的发布共享是本文的主要研究内容。笔者对不同的图像重采样方法进行了比较,分析了最邻近点采样方法、双线性内插和双三次卷积重采样方法的优劣,针对本文的研究优选双线性内插方法进行影像地图瓦片的切割,并最终叠加融合在Google地图上,实现了Google底图、准实时海冰影像图与破冰船走航位置的集成显示,为雪龙船的冰区航行提供了重要的数据支撑。     

全球变暖背景下的南极地区气候变化

南极地区气温冬季,春季和秋季都有上升趋势,而夏季则有下降趋势,年平均气温也趋上升,气温上升趋势最强烈的是冬季,其次是春季;降水各季和全年都有增加趋势。在年际尺度上,年均气温和降水与南极涛动指数是负相关,南极极涛动对不同区域影响的方向和程度也有区别。     

南极海冰、冰穴和冰川冰及其对水团形成和变性的作用

本文利用前人的成果及笔者1992/1993年的南极海冰观测和收集的资料以及水文观测资料数据阐述了南极海冰的特性,特别是南极海冰过程、冰穴以及冰川冰对南极水团(南极表层水、南极底层水、南极陆架水、南极中层水以及南极冰架水)的形成和变性所起的特殊作用。 南极海冰覆盖面积的年际变化,夏季最大年份是最小年份的2倍多,冬季年间变化较小,最大仅为20％;但其季节变化非常大,冬季平均覆盖面积通常是夏季的5倍。南极海冰对大气-海洋间相互作用有重大影响,特别是深海洋区中冬季的结冰和发育造成的垂向对流、夏季的融化是形成南极表层水(含南极冬季水和南极夏季表层水),进而形成南极中层水的主要原因;南极陆架区的的海冰兴衰过程是形成南极陆架水的直接原因,它与变性南极绕极深层水混合并受到冰川冰的进一步冷却作用,成为形成南极底层水的主要水团;南极冰架底部的冷却、融化和冰架以下水体的结冰作用形成的高盐对流过程产生的南极冰架水,亦是形成南极底层水的贡献者。 冰穴是70年代以来卫星观测的重大发现。对其形成和对大气、海洋的影响作用尚不完全清楚,初步的研究成果表明,冰穴中产生的热盐对流对南极水团的形成、变性、大洋深层的翻转以及海洋-大气间的热量传输和气体交换起有非常重要的作用。     

北极地区碳循环研究意义和展望

全球变暖引发了北极地区的快速变化。北极地区苔原冻土带退化、海冰面积退缩和厚度变薄将使北极生态系发生重要变化 ,因而引起碳的生物地球化学循环过程变异。为精确评估北极地区对人为大气CO2 的吸收通量 ,围绕北极苔原、边缘海和极区海域的碳循环研究引起了重视。调查表明 ,北冰洋和亚北冰洋海冰区是海洋吸收大气CO2 的重要汇区 ,北冰洋具有吸收大气CO2 约 1×GtC/a的能力 ,北冰洋夏季冰缘区的长光照和高生产力促进了对大气CO2 的吸收能力 ,北冰洋深水环流和通风作用也有利于表层碳向深水转移。最近有些调查表明 ,如温度继续升高 ,北极苔原有可能从碳汇转变成大气碳源。国际上正加强北极地区碳循环研究的规划和计划 ,企图通过改进现场调查观测手段以及研究方法 ,来定量研究和模式预测变化中北极地区的碳汇潜力及其对地球气候的影响。     

The structure and behavior of the arctic cyclone in summer analyzed by the JRA-25/JCDAS data

In this study, three-dimensional structures and the life-time behavior of arctic cyclones are investigated as case studies, using reanalysis data of JRA-25 and JCDAS. In recent years, arctic region has undergone drastic warming in conjunction with the reduced sea ice concentration in summer. The rapid reduction of the sea ice concentration is explained, to some extent, by a pressure dipole of the arctic cyclone and Beaufort high over the Arctic Ocean. This paper presents some case studies for the structure of the arctic cyclone.It is found by the analysis of this study that the arctic cyclone indicates many differences in structure and behavior compared with the mid-latitude cyclone. The arctic cyclones move rather randomly in direction over the Arctic Ocean. The arctic cyclone has a barotropic structure in the vertical from the surface to the stratosphere. The arctic cyclone detected at the sea level pressure is connected with the polar vortex at the 500 hPa level and above. Importantly, the arctic cyclone has a cold core in the troposphere and a warm core around the 200 hPa level. The mechanism of the formation is discussed based on the analyzed structure of the arctic cyclones.     

Interdecadal oscillations of temperatures in 1903-2002 over the Antarctic Peninula

<正> In the paper,by use of the monthly mean temperature data of 12 sta-tions in the vicinity of Antarctic Peninsula,the temperature series during 1903-2000 is founded and the interdecadal oscillation of the temperature are discussed.The results indicate that 1) There are three jumps during 1919-1923,1947-1953 and 1976-1982 in recent hundred years and the stable climate step betweentwo jump points lasted about 30 years.2)Annual mean temperature is increasedby 0.730℃ in an echelon during 1903-2000,the warming extent is dissimilarityin each season,the maximum of warming is in the winter and the minimum ofwarming is in summer.3)The ice decline trend is presented in the index of Iceconcentration in the vicinity sea of Antarctic Peninsula,which shows a-0.2053/10a drop,and the decrease trend of the ice concentration index in summerhalf year(Dec-May)is found much more obviously than that in winter half year(Jun-Nov).4)There is better negative relationship between the temperature andthe Ice concentration index in Antarctic Peninsula and its vicinity sea,which cor-relation coefficient of is exceed the significance level of 5% in summer,autumnand annual. Antarctic Peninsula,temperature,sea ice,oscillation.     

南北极海冰变化及其影响因素的对比分析

海冰是海洋-大气交互系统的重要组成部分,与全球气候系统间存在灵敏的响应和反馈机制。本文选用欧洲空间局发布的1992—2008年海冰密集度数据分析了南北极海冰在时间和空间上的变化规律与趋势,并结合由美国环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)联合制作的NCEP/NCAR气温数据和ENSO指数探讨了南北极海冰变化的影响因素。结果表明,北极海冰面积呈明显的减少趋势,其中夏季海冰最小月的减少更快。北冰洋中央海盆区、巴伦支海、喀拉海、巴芬湾和拉布拉多海的减少最明显。南极海冰面积呈微弱增加趋势,罗斯海、太平洋扇区和大西洋扇区的海冰增加。北极海冰面积与气温有显著的滞后1个月的负相关关系(P0.01)。北极升温显著,北冰洋中央海盆区、喀拉海、巴伦支海、巴芬湾和楚科奇海升温趋势最大,海冰减少很明显。南极在南大西洋、南太平洋呈降温趋势,海冰增加。北极海冰减少与39个月之后ONI的下降、40个月之后SOI的上升密切相关;南极海冰增加与7个月之后ONI的下降、6个月之后SOI的上升存在很好的响应关系。南北极海冰变化与三次ENSO的强暖与强冷事件有很好的对应关系。     

2002—2011年南极海冰变化的遥感分析

基于2002—2011年南极地区AMSR-E逐日海冰密集度数据, 计算相应时间段内的海冰外缘线和海冰面积, 分析了南极地区这10年来各时间尺度上的海冰变化, 揭示了海冰变化的时空特征。结果表明: 2002— 2011年南极海冰外缘线、海冰面积分别增加了3.64%、3.8%, 总体上呈现增加的趋势, 其中2008年海冰面积最大。罗斯海、西太平洋和威德尔海的海冰面积呈现增加趋势, 而印度洋和别林斯高晋海/阿蒙森海的海冰面积则趋于减小。南极海冰面积一般夏季最小、冬季最大, 相同季节海冰面积变化波动较小, 不同海区只是变化范围不同。南极一年冰增长速度较低, 平均每年增加约0.1×106 km2, 且大范围地分布在南极大陆(除威德尔海外)周围。多年冰平均每年减少0.05×106 km2, 且多处于威德尔海。海冰面积变化与气温有负相关关系。     

南极和北极地区变化对全球气候变化的指示和调控作用——第四次IPCC评估报告以来一些新认知

政府间国际气候变化专门委员会（IPCC）2007年发布了第4次评估报告后,全球气候变化问题再次成为国际社会、科技界和社会公众关注的焦点之一,并迅速成为了一个重要的国际科学和政治议题。 2007年以来,尤其是第4次国际极地年的实施,越来越多的观测和研究事实表明,北极和南极地区正在出现快速地变化着,这些变化也正在从量上到质量变化,当在跨越这种变化的阈门时,可能出现：北冰洋会在2040年前后出现夏季无海冰所引起的北半球大范围的持续暴雪的寒冷冬季;2050年左右南极上空臭氧空洞可能消失并恢复到上世纪80年代水平,南极地区可能会快速升温并引起东南极冰盖和海冰快速融化,使海平面升高加速;极区海水温度快速升高会驱动极区表层海洋和上覆大气之间CO2分压平衡加速,极区海洋也会大量吸收大气CO2,并诱发海水酸化及对极区生态系统产生不可逆的破坏。因此,南极和北极地区的快速变化,正在扮演对全球气候变化的指示和调控作用。     

Recent temperature and precipitation increases in West Siberia and their association with the Arctic Oscillation

Surface air temperature and precipitation records for the years 1958-1999 from ten meteorological stations located throughout West Siberia are used to identify climatic trends and determine to what extent these trends are potentially attributable to the Arctic Oscillation (AO). Although recent changes in atmospheric variability are associated with broad Arctic climate change, West Siberia appears particularly susceptible to warming. Furthermore, unlike most of the Arctic, moisture transport in the region is highly variable. The records show that West Siberia is experiencing significant warming and notable increases in precipitation, likely driven, in part, by large-scale Arctic atmospheric variability. Because this region contains a large percentage of the world's peatlands and contributes a significant portion of the total terrestrial freshwater flux to the Arctic Ocean, these recent climatic trends may have globally significant repercussions. The most robust patterns found are strong and prevalent springtime warming, winter precipitation increases, and strong association of non-summer air temperatures with the AO. Warming rates for both spring (0.5-0.8 °C/decade) and annual (0.3-0.5°C/decade) records are statistically significant for nine often stations. On average, the AO is linearly congruent with 96% (winter), 19% (spring), 0% (summer), 67% (autumn) and 53% (annual) of the warming found in this study. Significant trends in precipitation occur most commonly during winter, when four of ten stations exhibit significant increases (4-13 %/decade). The AO may play a lesser role in precipitation variability and is linearly congruent with only 17% (winter), 13% (spring), 12% (summer), 1% (autumn) and 26% (annual) of precipitation trends.     

普里兹湾地区近10年来的气候变化特征

利用中山站 1 989年建站以来和澳大利亚戴维斯站同期气象资料 ,分析了普里兹湾地区短期气候变化过程及其特征。结果表明 ,该地区温度变化存在明显的降温倾向 ,两站降温趋势均为 - 0 .0 66℃ /a ,其结果与整个南极地区温度变化趋势相反。降温倾向的主要特点是月平均温度以秋季下降幅度最大 ,夏季则为升温 ,最高温度存在升温倾向 ,最低温度呈现降温趋势。该地区月平均温度波动很大 ,极端异常过程中月平均温度偏高或偏低达到 1 0℃左右 ,与南极大陆地面高压和绕极低压中心位置及范围的异常分布关系密切。     

1979-2012年北极海冰范围年际和年代际变化分析

利用美国冰雪中心发布的海冰密集度数据,对1979—2012年北极海冰范围进行年际和年代际变化分析。结果表明:(1)海冰在秋季融化速度最快,其次为夏季、冬季、春季。2000年后春季下降速率变缓,而其他季节融化速度加快;(2)由于多年冰的融化,太平洋扇区在夏秋季节融化速度要高于其他海区。而大西洋扇区在冬季和春季海冰的融化速度要快于夏秋季节,主要是因为大西洋海温升高;(3)东半球在夏秋季节海冰融化的范围要大于西半球,因此东北航道比西北航道提前开通应用。而整个北极区域近几年春季融化速度变缓,则主要是西半球的作用;(4)从空间分布年代际变化来看,1989—1998年最接近气候态,1979—1988年密集度偏大区域主要在巴伦支海和东西伯利亚海,2009—2012年海冰密集度较常年显著偏小,东半球密集度减小幅度比西半球更大,尤其是冬春季在巴伦支海,夏秋季在楚科奇海。春季时由于风的作用,白令海附近海冰密集度异常偏大;(5)北极区域海冰范围在冬春季比夏秋季突变明显,基本在2003年前后,海冰范围变化周期为6年。     

北冰洋海冰/气候系统及其对全球气候的影响

结合前人对北冰洋海冰、气候系统的研究成果和 1 999年 8月在北冰洋对海冰的现场观测 ,本文综述了海冰分布、厚度的变化 ,海冰表面特征、积雪变化及北冰洋天气、气候特征和分区。讨论了北极海冰与南极海冰的差异。文章认为 ,北冰洋与周围地区气候变化趋势的不一致 ,主要是由于夏季在北冰洋海冰与开阔水域的相间分布、海冰漂移、融化吸热 ,均衡了周围大气、海洋温度的变化。     

罗斯海和普里兹湾海域海冰范围变化对比分析

海冰范围的变化对气候变化、生态系统以及人类活动都会产生重大的影响,近年来极地海冰范围的变化受到广泛关注。对南极罗斯海与普里兹湾海域海冰范围进行时间序列分析,研究发现海冰范围季节性变化在罗斯海与普里兹湾海域差异较大,罗斯海地区表现出"快速缩小、迅速扩大"的特性,普里兹湾海域表现出"快速缩小、缓慢扩大"的特性。两地区的海冰范围在年际变化上都表现出扩大的趋势,2003—2014年罗斯海地区海冰变化趋势为(1.39±1.12)×104km2·a~(-1),普里兹湾海域海冰变化趋势为(0.61±0.26)×104km2·a~(-1)。罗斯海地区夏季的年际变化为减少趋势。     

南极瑞穗站上空动量和感热等湍流通量的观测研究

本文根据南极瑞穗站气温、风等平均廓线资料,利用相似理论通量一廓线关系计算得出了该站的湍流通量,并与西太平洋热带海域和北京地区湍流通量计算结果进行了比较。     

我国极地航运能力建设和高冰级船队发展对策分析

我国在南极和北极的活动日益增多,参与南北极事务和争取极地资源的利用已经成为国家未来向外扩展的重要举措之一。随着气候变暖,极地冰融速度加快,尤其是北极航运窗口期越来越长,两极资源利用和科考活动的需求量越来越大。而目前我国用于航行两极,尤其是北极的高冰级商业化船队十分缺乏,航运的陆基支持保障能力缺少,这将严重影响我国极地事业和商业航运运营的发展。本文通过对不同冰级船舶的保有量、建造技术能力、船舶运营和极地港口设施等各环节的分析,得出我国缺乏带较高等级冰级符号且可抗浮冰厚度1m及以上的极地航行船舶、相应极地航运能力不足的结论,并提出了我国建设极地航运能力的对策建议,为我国建设一支能在极地航行且带较高等级冰级符号船舶的船队、破冰船队以及建设极地陆基航运支持保障能力等提供决策参考。     

Effects of climatic changes on anisakid nematodes in polar regions

Anisakid nematodes are common in Antarctic, sub-Antarctic, and Arctic areas. Current distributional knowledge of anisakids in the polar regions is reviewed. Climatic variables influence the occurrence and abundance of anisakids, directly influencing their free-living larval stages and also indirectly influencing their predominantly invertebrate (but also vertebrate) hosts. As these parasites can also be pathogenic for humans, the paucity of information available is a source of additional hazard. As fish are a major human dietary component in Arctic and Antarctic areas, and are often eaten without heat processing, a high risk of infection by anisakid larvae might be expected. The present level of knowledge, particularly relating to anisakid larval stages present in fishes, is far from satisfactory. Preliminary molecular studies have revealed the presence of species complexes. Contemporary climate warming is modifying the marine environment and may result in an extension of time during which anisakid eggs can persist and hatch, and of the time period during which newly hatched larvae remain viable. As a result there may be an increase in the extent of anisakid distribution. Continued warming will modify the composition of the parasitic nematode fauna of marine animals, due to changes in feeding habits, as the warming of the sea and any localised reduction in salinity (from freshwater runoff) can be expected to bring about changes in the species composition of pelagic and benthic invertebrates.