渤海海冰与西伯利亚高压之间的关系及与北大西洋涛动之间的可能联系

依据对2000/2001—2014/2015年冬季渤海海冰范围和海平面气压(SLP)场季节内和年际变化的分析表明,SLP场与海冰范围关系密切,其中西伯利亚高压、冰岛低压附近为正相关区,亚速尔高压附近为负相关区。西伯利亚高压的变化在季节内和年际尺度上同时影响渤海海冰,北大西洋涛动(NAO)与渤海海冰的相关性主要表现在年际尺度上。研究表明,渤海海冰逐年冬季的季节内变化有所不同,在2003/2004、2004/2005、2007/2008年存在9~12候的显著周期,与大气30~60d的季节内振荡相对应,但在2009/2010年以后这一周期没有再出现,而西伯利亚高压相关区SLP的9~12候信号在整个研究时段相对较明显,这可以解释在季节内尺度上西伯利亚相关区与海冰范围的相关性在2009/2010年以后明显减小的现象;在年际尺度上,2007/2008年以后NAO(冰岛和亚速尔相关区SLP)与海冰范围的相关性突然增大,这一变化是由NAO和海冰范围(渤海地区气温)的2~4年和4~8年周期从2007/2008年开始更加契合引起的。NAO年际周期的变化可能会通过大气环流的北极-亚洲遥相关模态对渤海海冰范围产生影响。     

积雪密度演变对北极积雪深度模拟的影响

积雪具有复杂的时空分布,在高纬度地区的气?冰?海耦合系统中扮演了重要的角色。准确的积雪质量平衡计算可以帮助我们更好地理解海冰演变过程以及极区冰雪与大气之间的相互作用。雪密度是影响积雪质量平衡众多因素中的重要因子。现有的一维高分辨率冰雪热力学模型（如HIGHTSI）中,使用常数块体雪密度均值将降雪雪水当量转化为积雪深度。本文参考拉格朗日冰上积雪模型（SnowModel-LG）模式对积雪分层压实的处理,简化为新、旧两个雪层,并在质量守恒条件下同时考虑新、旧雪层深度对压实增密的响应,将该物理过程加入HIGHTSI模式中。利用ERA-Interim再分析数据作为大气强迫,针对北极15个冰质量平衡浮标沿其漂移轨迹模拟了降雪积累期海冰表面雪密度变化对积雪深度变化的影响,在原HIGHTSI设置下分别采用定常块体雪密度均值330 kg/m3（T1试验）、接近实际的常数新雪密度200 kg/m3（T2试验）以及改进后框架下新、旧雪层随时间压实增密的雪密度（T3试验）计算积雪深度,并将模拟结果与浮标观测进行对比。结果表明,本文改进的算法对雪密度变化的处理更为合理,且能较好地再现积雪深度的变化;考虑新、旧雪层深度对压实增密的响应能较好地避免以较低的降雪密度持续过度积累,以浮标观测为标准,分层积雪密度压实计算得到的平均绝对误差相对T2减小了5 cm。     

基于Icepack海冰柱模式的融池反照率模拟研究

基于Icepack一维海冰柱模式,以2014年中国第6次北极科学考察长期冰站ICE06的3个融池的辐射参量和气象参量的连续观测作为大气强迫数据,对融池反照率及相关参量进行了模拟。本文引入观测的融池深度及海冰厚度作为初始条件,通过考虑融池覆盖率的作用,改进了平整冰融池参数化方案中海冰干舷的计算,修正了冰上可允许的最大融池深度,成功实现了对融池参数变化的模拟;同时,还修正了入射辐射分量比例系数与对应反照率分量权重系数不一致的问题。标准试验中,模拟的3个融池的反照率与观测结果之间的平均误差分别为0.01、0.05和0.13;入射辐射比例的敏感性试验结果表明,当可见光辐射比例增大8%时,融池反照率的模拟结果增大了6%～8%;融池表面再冻结试验的结果显示,当再冻结冰层厚度小于2 cm时,模拟冰面反照率的增加不足0.006,由此引起的表面能量收支减少了约1.1 W/m2。本文研究指出,准确的入射辐射比例对于改善北极海冰反照率模拟是必要的;并指出目前模式仍存在融池表面再冻结参数化、热收支计算、表面吹雪效应等有待解决的问题。     

极区海冰密集度AMSR-E数据反演算法的试验与验证

海冰密集度是极区海冰监测的重要参数,目前分辨率最高的微波海冰密集度产品为德国Bremen大学发布的针对AMSR-E 89 GHz频段数据利用ASI算法反演的网格数据。为实现中国极区遥感产品从无到有的战略步骤,本文针对AMSR-E 89GHz频段微波数据的ASI算法,进行了插值算法、系点值和天气滤波器一系列试验。针对北极海区,着重对影响反演结果的主要参数——纯冰和纯水的亮温极化差异阈值,即系点值(P₁和P₀)进行了2009年全年的统计分析。研究表明,2009年北极纯冰和纯水的代表区域P₁和P₀年平均值分别为10.0 K和46.67 K;2 K以上的系点值差异引起的海冰密集度差别较为显著;同样的系点值差异在不同极化差异P取值范围对海冰密集度的影响也不同。通过统计确定的系点值推算并修正了海冰密集度反演公式,对2009年全年北极海冰密集度进行了反演,并与Bremen大学产品进行了比较。继而对白令海和楚科奇海12个晴空下MODIS可见光样本数据进行反演,以验证AMSR-E冰密集度反演结果,并对误差原因进行了分析。本研究反演结果与MODIS样本比对的误差略小于Bremen大学的反演产品,空间平均误差为3.84%,空间平均绝对误差10.83%。     

液态降水与地表气温对北极海冰开始融化时间的影响

海冰最早开始融化时间（EMO）是体现海冰融化的重要指标,也是影响海冰热收支的关键因素。本文使用EMO遥感数据、ERA5再分析资料和海冰密集度数据分析研究了地表气温和液态降水对EMO影响的相对贡献。研究显示,在5个研究海区中,大西洋扇区南区EMO提前最显著,1979-2021年的变化率为-3.3 d/(10 a)。北极各海区的地表气温与EMO有着持续1～2个月的显著相关时段,其中太平洋扇区南区、大西洋扇区北区和南区的地表气温较液态降水与EMO相关的持续时间更长,相关性也更强;而对太平洋扇区北区和北极中央区,只有在EMO发生前的2～3周,液态降水对其EMO有着更高的贡献。对于太平洋扇区北区,大气环流提供的强水汽输送通道伸入该海区,使对流层低层饱和水汽增多,500 hPa位势高度的多年变化趋势具有三波绕极环流加强的结构,也有利于经向的热量交换,使比湿的垂向梯度进一步增加,为该海区EMO的提前起到一定的促进作用。对于北极中央区,在EMO提前的年份,液态降水较常年偏高33%,不仅气候态意义下的太平洋水汽通道的输送加强,欧亚大陆上空的水汽通道也与之汇合,促使北极东部形成气旋式水汽输送模态,为EMO...     

渤海AVHRR多通道海冰密集度反演算法试验研究

为了得到更精确的渤海海冰密集度反演参数,采用辽东湾不同类型海冰ASD实测数据,在分析光谱特征的基础上,针对NOAA/AVHRR数据确定出合适海冰密集度反演算法阈值。继而,基于线性光谱混合模型的多通道反演算法进行了一系列算法试验。同时实现了基于LandSat5-TM数据的渤海海冰密集度场反演,并利用该结果与AVHRR单通道和多通道算法得到的海冰密集度反演结果进行比对分析。定量误差分析结果表明,当单通道算法或组合算法中包含1通道时,与Landsat5-TM反演结果的平均误差为正值,包含2通道且不包含1通道时,平均误差为负值;同时使用这两个通道较只包含其一的各种组合算法的平均误差明显偏小;在各种组合算法中,1245四个通道组合反演的海冰密集度结果误差最小,可应用于渤海AVHRR数据海冰密集度反演。     

北极冬季季节性海冰双模态特征分析

近年来北极海冰快速变化,北极中央区边缘正由以多年冰为主转为季节性海冰为主。通过对北极冬季季节性海冰的EOF分解发现,2002-2012年期间北极季节性海冰变化的前两模态主要体现为2005年和2007年的季节性海冰距平。其中第二模态主要体现了北极海冰在2005年的一种极端变化,而第一模态不仅体现了北极海冰在2007年的变化,还体现了北极季节性海冰的从负位相到正位相的转变。通过比较发现,在研究时段北极季节性海冰最主要的变化发生在北极太平洋扇区,在2007年,冬季季节性海冰距平发生位相转变,2007-2010年一直维持正位相,北极太平洋扇区冬季季节性海冰保持显著正距平。太平洋扇区表面温度最大异常也发生在2007年,从大气环流来看,2007年之后波弗特海区异常高压有利于夏季太平洋扇区海冰的减少,而西风急流的减弱有利于夏季波弗特海区异常高压的维持,结合夏季海冰速度,顺时针的冰速分布有利于海冰离开太平洋扇区,因而会导致冬季太平洋扇区季节性海冰转为正距平并且从2007年一直维持到2010年。     

CICE海冰模式中融池参数化方案的比较研究

冰面融池的反照率介于海水和海冰之间,获得较准确的融池覆盖率对认识极区气冰海耦合系统的热量收支有重要意义。在数值模式中,融池覆盖率的模拟结果直接影响到冰面反照率计算的准确性,本文对CICE5.0中的3种融池参数化方案进行了较系统的比较分析,结果显示3种方案各有优缺点,模拟结果都存在一些问题。cesm方案中判断融池冻结的条件更为合理。比较而言,融池冻结条件更改后的topo方案模拟的北冰洋区域平均融池覆盖率的年际变化幅度、融池覆盖范围、融池发展盛期持续时间与MODIS数据最接近。通过修改CICE5.0中的代码漏洞,研究了融池水的垂向渗透效应,这一效应会带来一些负面影响,如lvl方案中多年冰上几乎没有融池,说明目前的CICE模式中对于海冰渗透性演化或其他物理机制的处理仍有待改进。最后,着重讨论了topo方案的改进思路。     

利用卫星图像对黄海表层水系的分析

根据1984年2月 - 1987年11月期间卫星遥感磁带资料，利用美国全球SST模式反演海表温图像，对黄海区表温及水系（包括流系、冷水带和海洋锋）的分布特征及其季节变动进行分析，分析结果为：黄海区存在暖水系与沿岸水系，冬季构成西部环流与东部环流。黄海夏季表层东西两侧存在两条南北向的冷水带，在冷水带中出现几个低温中心，其中以辽南低温中心持续时间最长（从4月至12月），黄海区海洋锋有冬季型与夏季型之分。     

黄、渤海热结构及环流季节变化的数值模拟

在普林斯顿海洋模式 (POM)的基础上 ,利用经过资料同化处理的周平均卫星遥感海表温度资料 (SST) ,考虑了潮流混合和上层风混合的作用 ,成功模拟了渤黄海海域热结构的时、空变化 ;在此基础上 ,系统描述了渤黄海季节性温度跃层、黄海冷水团、黄海暖流等重要水文现象及其与之相应的温度垂直结构 ;分析黄海余流流场断面结构及随季节的变化 ,并对黄海暖流的分布结构、黄海冷水团的维持机制进行了探讨