北半球夏季南极冰气候效应的数值试验

本文利用9层菱形截断15波的全球大气环流谱模式进行了7月份南极冰正常和无冰的对比试验,进而研究了南极冰的短期气候效应.结果表明:南极冰的移去首先在局地区域加热了低层空气,减弱了南极极涡,然后使中高纬度超长波发生变异尤其是使纬向3波增幅.超长波的异常引起东亚季风区低层越赤道气流加强,从而增强东亚季风环流,增大中南半岛到西太平洋的降雨量和相应的对流潜热释放,结果在北半球激发了一支从东亚到北美的二维Rossby波列,使北半球大气环流发生异常.文中对这一气候效应的动力学机制进行了讨论,并认为南极冰不仅是影响南半球     

极冰对南方涛动的影响

分析南、北极冰量与南方涛动序列作月、季和年尺度的变化过程线性相关关系，发现北极冰量与南方涛动指数是反相关关系，而南极冰量与南方涛动是正相关。比较而言，南极冰量与南方涛动的关系在月和季尺度上似乎较北极与大气的关系密切些。在各时间尺度序列中以太平洋地区南极极冰的影响表现最明显。分析发现极冰与南方涛动之间存在较复杂的非线性关系。在前期极冰的强信号寻找中，发现极冰与南方涛动在月序列的相关关系上存在周期变化现象。进一步选择相关极值的对应步长建立前期极冰状态激发大气变化的预测统计动力模式，模式对大气序列的解释方差可达０．９０以上。文中还进一步探讨了月序列存在的周期变化的共同因素的影响     

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。     

七月大气环流对南极海冰异常的响应

本文用一个全球大气九层谱模式，模拟了七月份南极两个不同海区海冰区异常对大气环流的影响。主要讨论了大气环流对南极海冰异常存在的局地性的及全球性的响应。细致分析了二个区域极冰异常导致的南北半球低频波列分布的差异，以及它们对热带区域及亚洲季风区降水、越赤道气流的不同影响。最后则依据我们的模拟结果，讨论了南极海冰异常影响全球大气环流的动力学机制。     

南极冰盖下庞大的再融冰体

如果南极冰不融化的话,任何人永远都不会看到甘布尔采夫山脉(Gamburtsev Mountain Range)。这座山脉号称南极的阿尔卑斯,几百万年以来一直被覆盖在南     

涡动在南北半球平流层极涡崩溃过程中作用的比较

比较了南北半球春季平流层极涡的崩溃过程以及涡动在此崩溃过程中的作用。极涡的崩溃时间以平流层极夜急流核区最后一次西风转换为东风的时间来确定。结果表明南北半球平流层极涡的崩溃过程有着共同的特点,涡动和非绝热加热过程都对极涡的崩溃起着重要的作用,在极涡崩溃前平流层行星尺度波动活动明显,极涡崩溃以后,这种波动活动便迅速减弱。其中从对流层上传的行星波决定着极涡的具体崩溃时间。两个半球的差别主要表现在南半球极涡崩溃过程一般始于平流层高层,然后逐渐下传,而北半球这种下传不是很明显。其次,北半球平流层极涡崩溃偏晚年,极涡的减弱有两次过程,第一次为快速变化过程,第二次变化比较缓慢,而南半球平流层极涡崩溃无论早晚年只有一次减弱过程。长期的变化趋势分析表明南北半球平流层极涡的崩溃时间逐渐推迟,特别是20世纪90年代中后期以来,这种推迟更加明显。进一步的研究还发现,伴随着平流层极涡的崩溃过程平流层和对流层存在强烈的动力耦合,南北半球极涡迅速减弱前,各自半球的环状模指数也由负指数增加为正指数,表明低层环流对于平流层极涡的崩溃起到重要的作用;同时极涡不同强度所对应的低层环状模指数也不同,这可能与不同强度平流层极涡对于上传的行星波的反射有关。     

基于能量平衡的分析模型在青海湖湖冰模拟中的应用

湖冰对气候变化响应敏感,在全球变暖的背景下,湖冰总体呈现衰退趋势,甚至北半球部分湖泊未来有可能不再冻结。青藏高原湖泊分布广泛,但目前对于湖冰的模拟研究开展较少,对青藏高原湖冰特征及冻结系数的认识还较为有限。本文利用飞航式雷达湖冰测厚数据、青海湖气象观测数据、 ERA5-Land再分析数据、 MODIS地表温度数据以及Aqua/MODIS卫星遥感图像,通过度日法湖冰生长模型确定了青海湖冻结系数A0,研究结果显示A0在青海湖具有空间异质性和时间异质性,且前者比后者更为明显。进一步利用度日法和基于能量平衡的分析模型模拟了青海湖的湖冰演变,结果表明：相较于度日法,基于能量平衡的分析模型模拟的青海湖2018-2019年冰期的开始结冰时间、融化结束时间与湖冰厚度同实际观测更为符合。分析模型是一种优于度日法、适用于青海湖湖冰模拟研究的方法,该方法能够综合考虑辐射、能量交换、气象要素、湖泊深度等因素的影响,其物理过程更为完善,同时也弥补了度日法模拟精度依赖于冻结初日的确定且无法表现融化过程的缺陷。     

近百年来的南极绕极波变化特征

采用2011年发布的20世纪全球大气环流再分析资料,结合长期观测序列,分析了百余年来大气中南极绕极波的强弱变化和传播过程。结果显示,南极绕极波有显著的年代际变化,在1940~1960年和1980~2000年附近出现和活跃,而在其他年代消失。东南太平洋南极绕极波振幅最强,该区域的海气耦合过程可能是绕极波信号增强的关键之一。初步揭示了百年来南极绕极波和南极涛动的对应关系,偏强的南极涛动有利于南极绕极波的出现,但并非决定绕极波产生的唯一因素。     

夏季北极海冰激发的500hPa遥相关型

本文应用统计方法,分析7月、8月北极海冰与北半球500hPa位势高度场的相关场,7月、8月500hPa基点相关图,多冰年与少冰年的1000—500hPa厚度差图等,得到如下结论: 夏季极冰冷源的存在,可激发北半球大气产生遥相关型,这种遥相关型可以看成二维Rossby波列,具有相当正压结构,在西风带中沿着固定的波导自高纬向低纬分布,从而影响北美的环流和天气。表现为极冰偏多年份,极涡加强而偏心,加拿大高压脊和北美大槽亦同时加强;反之,极冰偏少年份,上述系统均减弱。     

利用格陵兰冰盖研究气候变化

雪沉积形成的永久性冰内含有雪沉积时的大气样品,取其冰岩芯通过实验室分析可以得到各种古气候信息,作为追溯气候变化的依据。但由于南极积雪率低且很可能在其深处存在剪切带,因此从南极获取大时间跨度的气候记录受到时间分辨率的限制,并且受南半球作用的控制。从北半球取大时间跨度、高分辨率的冰岩芯正是我们认识气候史的关键。格陵兰冰盖研究项目计划从北半球钻取300m深的高分辨率的冰岩芯,可得到全     

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。     

极地大气科学与全球变化研究进展

南极和北极是地球上的气候敏感地区, 也是多个国际科学计划研究全球气候变化的关键地区。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。中国气象科学研究院的极地大气科学考察与研究始于20世纪80年代, 25年来有较大进展。中国气象科学研究院参加了我国组织的23次南极考察、2次北冰洋考察和3次北极考察; 承担了南极长城站和中山站、北极黄河站气象业务建设和维持, 以及中-澳合作南极冰盖3个无人自动气象站工作; 进行了常规地面气象、Brewer大气臭氧、近地面物理、冰雪和大气化学等观测, 获得了较为系统的极地大气环境资料。开展了有关极地大气科学与全球变化的研究, 在极地天气气候特征及气候变化时空多样性、极地海冰变化和南极海冰涛动、极地近地面物理特征和海-冰-气相互作用、中山站臭氧变化特征及南极臭氧洞和大气化学、气候代用资料获取和古气候环境以及极地大气环境变化对东亚环流和中国天气气候影响等方面的研究取得了新进展。中国极地大气科学正积极通过多学科交叉、走国际合作道路, 努力提高对极地在全球变化中作用的认识水平, 并积极探索极地变化对我国气候、环境的影响。     

南、北极海冰的时空演变特征

利用海水面积指数,分析了南、北极海冰年际时间尺度的时空演变特征。结果表明：南极海冰具有明显的年际振荡。南极夏季海水年际异常具有一定的整体性,秋、冬、春季海冰年际异常则表现出较强的区域性。北极海冰也具有显著的年际振荡。北极冬、春季海冰年际异常主要发生在格陵兰海、巴伦支海和喀拉海,夏、秋季海冰年际异常主要发生在东西伯利亚和海和波旨特海。     

FGOALS_gg1.1极地气候模拟

对中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的气候系统模式FGOALS_g1.1的极地气候模拟现状进行了较为全面的评估.结果表明,FGOALS_g1.1对南北极海冰的主要分布特征、季节变化和年代际变化趋势具有一定的模拟能力.但也注意到,与观测相比,模式存在以下几方面的问题:(1)模拟的海冰总面积北极偏多,而南极偏少.北极,北大西洋海冰全年明显偏多;夏季,西伯利亚沿海海冰偏多,而波弗特海海冰偏少.南极,威德尔海和罗斯海冬季海冰偏少.南北极海冰边缘都存在异常的较大范围密集度很小的碎冰区,夏季尤为显著.(2)海冰流速在南北极海冰边缘和南极大陆沿岸附近较大.北极,模式没能模拟出波弗特涡流,并且由于模式网格中北极点的处理问题,造成其附近错误的海冰流场及厚度分布.这些海冰偏差与模式模拟的大气和海洋状况有着密切的联系.进一步分析表明,FGOALS_g1.1模拟的冰岛低压和南极绕极西风带明显偏弱,其通过大气环流和海表面风应力影响向极地的热量输送,在很大程度上导致上述的海冰偏差.此外,耦合模式中大气-海冰-海洋的相互作用可以放大子模式中的偏差.     

A projection of future sea level

Evidence is reviewed that suggests faster sea-level rise when climate gets warmer. Four processes appear as dominating on a time scale of decades to centuries: melting of mountain glaciers and small ice caps, changes in the mass balance of the large polar ice sheets (Greenland, Antarctica), possible ice-flow instabilities (in particular on the West Antarctic Ice Sheet), and thermal expansion of ocean water.For a given temperature scenario, an attempt is made to estimate the different contributions. The calculation yields a figure of 9.5 cm of sea-level rise since 1850 AD, which is within the uncertainty range of estimates of the observed rise.A further 33 cm rise is found as most likely for the year 2050, but the uncertainty is very large ( = 32 cm). The contribution from melting of land ice is of the same order of magnitude as thermal expansion. The mass-balance effects of the major ice sheets tend to cancel to some extent (increasing accumulation on Antarctica, increasing ablation on Greenland). For the year 2100 a value of 66 cm above the present-day stand is found ( = 57 cm). The estimates of the standard deviation include uncertainty in the temperature scenario, as presented elsewhere in this volume.     

海冰在大气环流模式中的重要作用

文章简要综述了次网格尺度海冰非均匀性对大气环流模式性能的影响；南极冰在全球环流和短期气候变化中的作用；以及模式中不同的海冰反照率参数化对地表温度和辐射的影响等研究结果．说明海冰对极地海洋和大气的能量收支及短期气候变化有重要作用，不同的海冰参数化方案对气候模拟结果有重要影响．     

Stratospheric Ozone-induced Cloud Radiative Effects on Antarctic Sea Ice

Recent studies demonstrate that the Antarctic Ozone Hole has important influences on Antarctic sea ice. While most of these works have focused on effects associated with atmospheric and oceanic dynamic processes caused by stratospheric ozone changes, here we show that stratospheric ozone-induced cloud radiative effects also play important roles in causing changes in Antarctic sea ice. Our simulations demonstrate that the recovery of the Antarctic Ozone Hole causes decreases in clouds over Southe...     

Numerical Modeling of the Influence of Physical and Chemical Factors on the Interannual Variability of Antarctic Ozone

The variability of Antarctic total column ozone in 1980–2018 is considered. The study analyzes trends in Antarctic total column ozone during the study period as well as the physical and chemical processes affecting the seasonal variability of total column ozone. The main attention is paid to the influence of dynamical processes on the stability of the Antarctic polar vortex, to the formation of polar stratospheric clouds, and to the influence of gas-phase and heterogeneous processes on the surface of polar stratospheric clouds and sulfate aerosol. The method of research is the analysis of the results of ground and satellite observations and numerical modeling of physical and chemical processes over the Antarctic using a global chemistry transport model with the dynamical parameters specified from reanalysis data.     

The effect of Antarctic sea ice on the Southern Hemisphere atmosphere during the southern summer

This study examines the influence of Antarctic sea ice distribution on the large scale circulation of the Southern Hemisphere using a fully coupled GCM where the sea ice submodel is replaced by a climatology of observed extremes in sea ice concentration. Three 150-year simulations were completed for maximum, minimum and average sea ice concentrations and the results for the austral summer (January?CMarch) were compared using the surface temperatures forced by the sea ice distributions as a filter for creating the composite differences. The results indicate that in the austral summer the polar cell expands (contracts) under minimum (maximum) sea ice conditions with corresponding shifts in the midlatitude Ferrell cell. We suggest that this response occurs because sea ice lies in the margin between the polar and midlatitude cells. The polarity of the Southern Hemisphere Annular (SAM) mode is also influenced such that when sea ice is at a minimum (maximum) the polarity of the SAM tends to be negative (positive).