南极海冰的长期变化趋势

本文使用了ＷＤＣ－Ａ提供的按ＷＭＯ标准格式化的ＳＧＲＩＤ海冰资料和ＮＳＩＤＣ提供的ＳＭＭＲ和ＳＭＭ／１的亮温微波资料，将这些资料同化处理使海温序列延长为１９７３－１９９４年。利用上述资料研究海冰的长期变化趋势，发现７０年代前期海冰迅速增多到中期达最大值，后期到８０年代前期迅速减少到最少，８０年代海冰持续偏少或在平均值附近振动，９０年代前期海冰又开始缓慢增多。     

南极的海冰区生态学研究

海冰的广泛分布是南大洋最显著的自然环境特征,冬季海冰的覆盖面积高达20×10~6平方公里,夏季减少为4×10~6平方公里。南极海冰的存在和消长将对包括水柱中的初级产量直至以海冰作为栖息地的海鸟以及企鹅和海豹等哺乳动物的整个南极生态系统产生极其重大的影响。海冰本身也支持了一个高生产力、以冰藻(生长在冰中的藻类)为中心的生物群落,它将提供20％以上的南大洋生源碳产量,在南大洋     

南极普里兹湾海冰数值模拟试验

海冰在全球气候的变化过程中,具有举足轻重的作用。在气候模拟中,海冰预报的准确性直接影响到对气候的中、长期预测。海冰的成长和消融受诸多物理过程控制,其中海冰的热力过程是最重要因素之一。     

南极海冰与西北太平洋台风

本文利用最大熵谱分别计算了南极４个区海冰和西北太平洋台风发生频数的变化周期，并对前３年的南极海冰强弱和当年的台风发生频率数进行了逐月时间序列相关分析。     

南极海冰微型生物的研究概况

海冰生物,主要指生长和繁殖在海冰表层、底层以及冰内的微型动、植物。从1847年胡克(Hooker)首次在南极海冰上发现硅藻,迄今已有一百三十多年。南极海冰微型生物的研究大致可分两个时期:本世纪六十年代以前为一个时期,这一时期的研究侧重分类学和生物地理学方面;六十年代以后转到了以自然生态学为主兼及其他学科方面的研究。近年的研究成果表明,海冰微型生物,尤其是硅藻,在南极海洋生态系统中起着极为重要的作用——参与了南大洋和极区海域的能量和物质循环。这一循环系统的结构及内在关联可用图1表     

南极海冰异常变化与全球海平面变化

通过分析1973～1994年南极海冰的长期变化趋势和全球海平面代表站的年代际变化规律,发现南极海冰80年代明显比70年代的海冰面积偏小,海平面高度80年代平均值也明显比70年代偏高.联系两者之间的变化并分析其物理机制,指出80年代海冰变化累积距平值比70年代显著减少,标志着全球气候增暖;海水温度和大气温度都明显偏高,从而导致海冰长期累积的大量减少;水温高而引起水体膨胀,并且越是在暖年从南极大陆上的冰盖向海洋中输入的冰山就越多.由于上述多种原因综合作用的结果,造成海平面明显的上升,因此引起80年代海平面平均高度比70年代明显上升,10a平均值偏高22mm,并且分布不均匀,特别是太平洋尤为明显.东北太平洋和东南太平洋各有一大范围的海平面上升区,在白令海峡附近也有一上升区,西北和西南太平洋各有一下降区.我们认为这种状况与南极海冰持续性减少有关,这说明南大洋水温偏高,南大洋环流在南美大陆向北分支的秘鲁寒流水温也相对偏暧,这容易发生El Nino事件.El Nino事件发生时太平洋上盛行的东风减弱西风增强.原太平洋海平面西高东低的状况,因受重力和风动力的作用,使大量的海水从西向东输送,造成80年代太平洋东部上升西部下降的分布状态.     

南极海冰变化及其气候效应研究述评

南极海冰是全球气候系统的重要组成部分。不同于北极海冰的快速减少,近40年来,南极海冰范围在2014年前是缓慢增加、后是突变减少。单一的大尺度大气环流因素无法解释南极海冰的长期变化趋势,海洋−大气相互作用对海冰的耦合影响还未得到充分研究。受南极海冰厚度遥感观测和数值模拟能力所限,现有数据仍无法准确量化全球变化背景下南极海冰的厚度和体积变化;目前南极海冰变化的气候效应还未充分明确。当前国内外对南极海冰研究的不足迫切要求发展长期可靠的南极海冰厚度数据,以突破南极海冰体积变化研究的难题,同时应综合考虑多气候模态和海气系统耦合的作用,研究南极海冰变化的机制及其气候效应。     

南极海冰的时空变化规律及航行条件

南极海冰时空发展变化的主要规律取决于世界大洋南极区域的自然地理特征。南极表层水的变淡是主要的自然地理因素之一。变淡的海水能决定南极表层水垂直结构的特点(即有强活动层和弱暧舌)。由于这种原因,提高了大洋上层吸收太阳能的能力,增加了大洋的热含量。此外,参入与大气热交换的大洋热量的多少、南极冰反照率的变化、雪覆盖层等因素都会影响南极海冰的时空发展变化规律。观测到的南大洋海冰实况完全证实了这一点。在全年中,流冰的最大发展是在9月份,平均面积为1930万平方公里,最小发展是在2月份,只有320万平方公里,在流冰面积增加(7个月)和减少(5个月)的年变化中存在着明显的非对称性。 冰情时空变化规律(作为冰情和航行条件的主要指标)决定于大洋活动层聚集力和密跃层稳定性。     

南极海冰和陆架冰的变化特征

利用美国冰中心和雪冰中心提供的海冰资料和我国南极考察现场的海冰观测资料,对南极海冰的长期变化进行了研究.研究表明20世纪70年代后期是多冰期;80年代是少冰期;90年代南极海冰属于上升趋势,后期偏多,区域性变化差别大,东南极海冰偏多,西南极海冰即南极半岛两侧尤其是威德尔海区和别林斯高晋海的冰明显偏少.东南极和西南极海冰的变化趋势总是反相的.90年代后期普里兹湾的海冰明显偏多,南极大陆陆架冰外缘线总体没有明显的收缩,有崩解也有再生的自然变化现象.西南极威德尔海的龙尼冰架和罗斯海冰架东部崩解和收缩趋势明显,东南极的冰架也有崩解和收缩,但没有西南极明显.陆架冰崩解向海洋输送的冰山对全球海平面升高有一定的影响.目前南极冰盖断裂崩解形成的冰山,向海洋输入的水量可使全球海平面上升约14mm.南极海冰没有随着全球气候温暖化而明显减少,而是按照东南极和西南极反相的变化规律进行周期性的变化、调整和制约.     

南极中山站海冰综合观测系统的建设

利用我国南极中山站的越冬观测平台,国家海洋环境预报中心自2010年起,在中山站附近海域选取固定海冰观测点,陆续布放各种自动化观测设备,初步建立海冰综合观测系统,开展常规气象要素、辐射、涡动通量、积雪和海冰温度、厚度、海水温盐等多要素的业务化观测。目前每年度的现场观测始于南半球初冬,即3—4月份,持续时间一般为8—10个月,自动观测要素的采样频率一般为1 min,人工观测要素的采样频率一般为7 d。结果表明:获取的高精度、长时间序列的现场数据可以广泛应用于我国的南极海冰数值预报和雪龙船海冰服务保障等工作中,初步解决了极地海冰预报保障对现场海冰观测数据的迫切需求。     

南极海冰历史资料数据库及应用系统

本文介绍南极海冰数据库，包括资料来源和性质，资料处理方法如ＳＩＧＲＩＤ资料的解码和压缩，存贮数据的生成，如净冰面积指数（１０°×１０°冈格）．密集度（０．２５纬距网格）．图形模块和海冰外缘线；数据库资料的分析应用软件系统，以统计计算方法为主．统计模拟为杨，它包含了大量的成熟的统计方法，如谱分析，回归，时间序列，主成分分析等方法；数据库的输出方式：显示器、激光打印机和平板绘图仪作为图形输出设备．以磁盘作为数字输出设备。数据库和相应的外部设备驱动程序支持下，可以很方便地生成图形和硬拷贝。开发便于在计算机存贮和处理的ＬＩＳＴ格式转换海冰原始ＳＩＧＲＩＤ格式资料。两者比较显示出ＬＩＳＴ格式节省１０倍的空间和时间。建立了南极海冰密集度分布图库，并以伪彩色动画显示，以位图作映射存贮方式节约空间，动画连续显示海冰分布形式逼真，便于直观应用和查找。利用网格球面积×网格冰密集度的方法计算净冰面积指数，可方便的给出任何区域的净冰面积而且能准确地反应实际情况，比原来国际上所使用的冰范围面积其结果要大大提高精度。     

南极普里兹湾邻近海域海冰生消发展特征分析

利用美国冰雪数据中心发布的2003-2008年高分辨率海冰密集度数据,分6个阶段对普里兹湾区域海冰季节性变化的空间分布特征进行了研究,并根据普里兹湾海区的地形和环流对这些特征的成因进行了分析.结果表明,普里兹湾海冰冻结过程和融化过程分别经历7个月和5个月,海冰融化速度最快月份是10月和11月,主要表现形式为海冰密集度的减少;海冰冻结速度4月和6月最快,海冰外缘线向北扩展.由于普里兹湾近岸达恩利角冰间湖、普里兹湾冰间湖和Barrier湾冰间湖的存在,海冰的融化呈现大洋区由北向南、近岸区由南向北的双向融化特征;而在普里兹湾口、弗拉姆浅滩和四女士浅滩均存在不易融化的冰舌,两者之间的低密集度海冰区,则对应于暖水侵入普里兹湾的通道.南极绕极流在流经凯尔盖朗海台中部时向北偏转,造成此处在盛冰期较其它经度的海冰外缘更靠北,可达57°S.南极辐散带的表层流场和上升暖流抑制海冰冻结和聚集,形成了低海冰密集度区域.     

南极威德尔海冰间湖形成机制的研究进展

针对南极威德尔海冰间湖的特点及影响，本文介绍了有关威德尔海冰间湖形成研究的进展情况，并对存在的问题以及未来的发展进行了分析和阐述。结果说明：动力因素、热力因素和热动力因素都只是威德尔海冰间湖形成和维持的某一方面的控制和影响因子。对威德尔海冰间湖更深入的研究，应该充分考虑较大尺度的海洋-海冰-大气相互作用。     

南极普里兹湾邻近海域海冰生消发展特征分析

利用美国冰雪数据中心发布的2003—2008年高分辨率海冰密集度数据,分6个阶段对普里兹湾区域海冰季节性变化的空间分布特征进行了研究,并根据普里兹湾海区的地形和环流对这些特征的成因进行了分析。结果表明,普里兹湾海冰冻结过程和融化过程分别经历7个月和5个月,海冰融化速度最快月份是10月和11月,主要表现形式为海冰密集度的减少;海冰冻结速度4月和6月最快,海冰外缘线向北扩展。由于普里兹湾近岸达恩利角冰间湖、普里兹湾冰间湖和Barrier湾冰间湖的存在,海冰的融化呈现大洋区由北向南、近岸区由南向北的双向融化特征;而在普里兹湾口、弗拉姆浅滩和四女士浅滩均存在不易融化的冰舌,两者之间的低密集度海冰区,则对应于暖水侵入普里兹湾的通道。南极绕极流在流经凯尔盖朗海台中部时向北偏转,造成此处在盛冰期较其它经度的海冰外缘更靠北,可达57°S。南极辐散带的表层流场和上升暖流抑制海冰冻结和聚集,形成了低海冰密集度区域。     

基于Argo浮标的南极海冰范围变化分析

南极海冰的生消冻融与全球气候变化息息相关,多年以来受到国际社会的高度关注。目前已有诸多关于南极海冰范围变化的研究,但大部分是基于卫星遥感影像来展开分析。Argo观测网遍布全球各大洋,为海冰范围研究提供了一种新的思路,即根据浮标GPS点的南部边界推算南极海冰边界,由浮标的年、月累积数据得到南极海冰范围的年际、月际变化规律。对于这种研究思路提出了三种实现方法:(1)绘制专题图,可以清晰直观地看到南极海冰在2—9月间的生消变化情况;(2)利用南极附近浮标GPS点数量占全球比例的变化情况来分析海冰变化规律,在月际变化趋势上与影像数据一致,在年际变化上稍显不足;(3)使用点密度分析方法估计海冰边界,建立基于浮标GPS点密度的海冰-海水分界模型,可得到南极海冰范围变化规律的定量分析结果。浮标数据与影像数据互为补充,可为全球气候变化研究提供更多参考。     

南极海冰快速下降历史事件的时空特征分析

卫星记录以来,南极海冰范围发生5次快速下降事件,研究这5次事件的时空特征,对进一步认识海冰快速下降事件的物理机制具有重要意义。基于海冰范围和海冰密集度的卫星数据,从时间和空间两个维度总结5次南极海冰快速下降事件的特征,再结合大气和海洋各项环境因素的再分析数据,探讨海冰快速下降的影响因素及其驱动过程。结果显示:南极海冰快速下降的空间分布存在季节性差异, 2021年8～12月以及2016年8～12月的春季南极海冰快速下降由别林斯高晋海、威德尔海、印度洋和西太平洋区域的海冰减少所主导; 2010年12月至2011年4月以及1985年12月至1986年4月的夏季南极海冰快速下降由威德尔海、罗斯海沿岸和西太平洋区域的海冰减少所主导;2008年4～8月的冬季南极海冰快速下降则由别林斯高晋海和西太平洋的部分区域的海冰减少所主导。探究影响海冰的环境因素发现,海表面温度和海表面净热通量对海冰减少的热力效应影响具有区域性差异。此外,南极海冰快速下降受阿蒙森低压的影响,相应的海表面风异常既通过经向热输运的热力效应导致海冰减少,也通过风的动力效应驱动海冰漂移使得海冰密集度降低。     

南极海冰运动速度的变化特征及其影响因子分析

利用NSIDC提供的每日和月平均极区海冰运动矢量数据,统计分析了南极地区1979—2016年海冰运动速度的年、月尺度的时空变化特征以及近几十年南极海冰范围增加与海冰运动速度之间的关系,并讨论了影响南极海冰运动速度的主要因子。结果表明:1979—2016年南大洋全区和各扇区海冰运动速度均呈现增加趋势,春、冬季海冰运动速度增加趋势大于夏、秋季,季节差异明显;海冰运动速度与海冰范围有显著的正相关关系;海冰运动与海表面气压场密切相关,主要受低压风场的影响,威德尔海、罗斯海海冰的快速流出和顺时针旋转的特征与低压区的位置有密切关联,自由漂流区的海冰整体表现为自西向东运动。     

利用卫星遥感监测南极海冰的研究和进展

本文是根据南极“八五”国家攻关课题中的“南极海冰监测和预报”的考核目标，实现为南极考察船在 冰区中航行提供精确和清晰的冰图和预报。     

2016年南极海冰破纪录减少及其成因的研究综述

近几十年来,在全球变暖背景下,北极海冰不断减少,但南极海冰却在小幅增加。正当人们试图解释南极海冰这一"变暖悖论"时,2016年末南极海冰范围却突然跌破纪录,达到历史最低。其中,12月海冰减少范围最大,达到2.13×106 km2,相对于1981–2010年的30年平均海冰范围减少了20.5%。这立即引起了科学界的极大关注,人们从大气环流、物理海洋和冰间湖等诸多方面,对其成因进行了大量研究,本文对这些工作进行了归纳总结。结果显示:在大气方面,主要的异常信号包括9–10月的纬向3波异常和11–12月的负位相南半球环状模以及气旋活动增加等,纬向3波大气环流受到热带太平洋和印度洋海温异常的调制,而南半球环状模异常主要是平流层极涡减弱下传导致;海洋方面,南大洋海温较常年偏暖,威德尔海出现了自1976年以来最大的冰间湖,对海冰减少起着不可忽视的作用。然而,当前的研究难以说明这一极端事件是由全球变暖或其他外部强迫主导,还是由气候系统内部变率产生,亦或者是两者的共同作用。对这些问题的回答直接关系到未来南极海冰趋势的预估,是亟待解决的科学问题和潜在的研究热点。