利用热动力模式模拟1979～1998年北极海冰流出量的变化

本文利用一个Hibler海冰热动力模式。在改进了其热力部分和改变模拟范围以及提高分辨率的基础上,以北极国际浮标计划（IABP）提供的1979～1998年逐日变化的日平均海平面气温场、湿度场、长短波辐射场、风场、洋流场、海洋热流量场为强迫场,模拟了20a北极海冰的流出量。流出量有明显的季节及年际变化,冬、秋季流出量比春、夏季多。与卫星资料反演的流出量相比,冬季海冰面积流出量,反演值小于模拟值,全年则是模拟值小于反演值。     

春季格陵兰海冰变化及与北大西洋涛动和北极涛动的联系

采用长序列(1903—1994年)GISST海冰面积和海表温度(SST)资料、NCEP／NCAR再分析资料等，分析了春季格陵兰海冰面积年代际变化特征及其同北大西洋海气变化的关系。结果表明：春季格陵兰海冰面积变化的主要特征可由海冰变化的EOF第一主分量表示。春季海冰变化与前冬NAO／AO以及冬春1—4月份北大西洋墨西哥湾流区SST具有明显的反相变化趋势，且均具有准60a的周期变化特征。海洋向大气的热量输送(感热、潜热)受到海冰变化的显著影响(冰多输送少)。海冰作为大气的冷源，也明显影响地表净辐射的变化。进而，春季海冰变化可影响后期的大气环流变化：海冰面积偏大(偏小)，冰岛低压和阿留申低压偏弱(偏强)，夏季北非和亚洲大陆的SLP明显偏低(偏高)，两大陆夏季热低压加强(减弱)。     

不同类型ENSO事件对初冬北极海冰的影响

基于1951—2019年NCEP/NCAR再分析资料、Hadley环流中心海温、海冰密集度资料,通过合成分析和诊断温度异常方程,研究不同类型ENSO对初冬北极海冰的影响。结果表明,EP La Ni1a发展年初冬(11—12月),巴伦支—喀拉海海冰异常减少;CP La Ni1a发展初冬,巴伦支—喀拉海海冰异常增加。EP和CP型El Ni1o对初冬北极海冰的影响类似：格陵兰海海冰异常减少,而哈德逊—巴芬湾海冰异常增加。不同类型ENSO对初冬北极海冰的影响主要通过产生不同的大气遥相关,引起同期和前期的海表气温异常而实现。     

一个海-冰-气耦合模式中格陵兰海海冰年际变异及其成因的个例分

利用一个全球海-冰-气耦合模式模拟结果, 选取冬季年际变率最大的海冰区--格陵兰海海冰区中的一个4年海冰剧烈变化过程展开分析, 试图探讨此个例过程中海冰剧烈变化的原因.结果表明, 在此个例中, 该区域海冰年际变异主要是由大气环流异常驱动的, 海表面温度和海冰密集度变化主要是对大气环流变化的响应.海表面温度变化决定着海冰范围及海冰密集度的变化, 但海冰变化时通过相变潜热的释放或吸收反过来对海表面温度变化有一定影响.     

北极海冰的厚度和面积变化对大气环流影响的数值模拟

文中利用中国科学院大气物理研究所设计的两层大气环流模式 ,模拟研究了北极海冰厚度和面积变化对大气环流的影响 ,尤其是对东亚区域气候变化的影响。模式中海冰厚度处理趋于合理分布 ,导致东亚冬、夏季风偏强 ,使冬季西伯利亚高压和冰岛低压的模拟结果更趋合理 ;另一方面 ,海冰厚度变化可以激发出跨越欧亚大陆的行星波传播 ,在低纬度地区 ,该行星波由西太平洋向东太平洋地区传播 ;海冰厚度变化对低纬度地区的对流活动也有影响。冬季北极巴伦支海海冰变化对后期大气环流也有显著的影响。数值模拟结果表明 :冬季巴伦支海海冰偏多 (少 )时 ,春季 (4～ 6月 )北太平洋中部海平面气压升高 (降低 ) ,阿留申低压减弱 (加深 ) ,有利于春季白令海海冰偏少 (多 ) ;而夏季 ,亚洲大陆热低压加深 (减弱 ) ,5 0 0 h Pa西太平洋副热带高压位置偏北 (南 )、强度偏强 (弱 ) ,东亚夏季风易偏强 (弱 )。     

BCC_CSM北极海冰模拟性能的改进对东亚冬季气候模拟的影响

国家气候中心气候系统模式(BCC_CSM)将美国Los Alamos国家实验室发展的海冰模式CICE5.0替代原有的海冰模式SIS,形成一个新版本耦合模式,很好地提高了模式对北极海冰和北极气候的模拟能力.在此基础上,本文评估新耦合模式对1985-2014年东亚冬季气候的模拟性能,检验北极海冰模拟性能的改进对东亚冬季气候...     

北极海冰数值预报的初步研究——基于海冰—海洋耦合模式MITgcm的模拟试验

利用最近发展的MITgcm(麻省理工学院通用环流模式)海冰-海洋耦合模式,以NCEP(美国国家环境预测中心)再分析资料为大气强迫场进行了1992年1月至2009年12月北极海冰数值模拟.结果表明,此模式能很好地模拟卫星观测的北极海冰季节和年际变化,具备很好的北极海冰数值模拟能力.以此为基础,对2009年7月和10月北极...     

CICE海冰模式中反照率相关参数对北极海冰模拟的影响

国家气候中心气候系统模式BCC_CSM2.0最新耦合了美国Los Alamos国家实验室发展的海冰模式CICE5.0,为试验模式中与反照率相关参数的敏感性及其对模拟结果的影响,提高模式对北极海冰的模拟能力,选取海冰模式中3个主要参数进行了敏感性试验。利用以BCC_CSM2.0耦合框架为基础建立的海冰-海洋耦合模式,选取CORE资料为大气强迫场开展试验,试验的3个参数分别为冰/雪表面反射率、雪粒半径和雪粒半径参考温度。结果表明,参数取值的不同对北极海冰的模拟有显著的影响,优化后的取值组合极大提高了模式的模拟能力,主要表现在:（1）改善了对北极冬季海冰厚度的模拟,海冰厚度增大,与观测资料更为吻合;（2）显著提高了对北极夏季海冰密集度的模拟能力,从而模拟的北极海冰范围年际循环与观测更为一致。参数取值的优化改进了模式对海冰反照率的模拟,进而影响了冰面短波辐射的吸收和海冰表层的融化,最终提高了模式对海冰密集度和厚度的模拟效果。      

最新版海冰模式CICE的优势:基于北极海冰时空特征的评估

【研究目的】海冰模式CICE(Los Alamos sea ice model)作为当前国际上的主流海冰模式之一,已被耦合进了大部分地球系统模式,对该模式模拟能力的评估工作是发展地球系统模式的重要参考依据。【创新点】通过观测数据与不同版本CICE模式对北极海冰数值模拟结果进行对比分析,研究了最新版本CICE6.0模拟能力及优势。【重要结论】CICE6.0模拟结果的年际误差最小,且季节变化与观测值最为吻合。相较而言,CICE4.0严重高估了冬季海冰总面积及低估了夏季海冰总面积,而CICE5.0在冬季的误差明显大于其他版本。此外,我们也关注了三个模式对多年冰和季节冰的模拟效果,从其均方根误差空间分布看出:模拟误差主要出现在中央海区及其周边海域。CICE4.0和CICE5.0在这些区域模拟的多年冰偏少、季节冰偏多,均低估了多年冰的变化趋势,且高估了季节冰的变化趋势;CICE6.0很好地解决了这些问题,其模拟的多年冰和季节冰的趋势最接近观测值,特别在北冰洋中部。总的来说,CICE6.0模拟的北极海冰在各方面都优于其他版本。     

一个冰气相互作用数值模拟结果的可能统计解释

基于一个全球海-冰-气耦合模式的数值模拟结果,选取冬季格陵兰海海表面温度(SST)、海冰密集度、海表面感热通量等物理量以及3个相关区域海平面气压分别作经验正交函数展开,取第一模时间系数作相关分析。结果表明,上一年海冰密集度偏大(小)与来年的SST偏低(高)相联系,但二者同期相关性最大。当海气热通量交换变化超前一年时,其与SST相关性最大。模式最低层大气温度与海洋表面热通量之间的同时相关性最大,冬季模式最低层气温偏高(低)与海洋表面失去的感热、潜热通量偏少(多)相联系。气温、比湿都和冰岛低压区及格陵兰海的海平面气压相关性最强,冰岛低压气压偏低(高)与模式最低层气温和比湿偏高(低)相联系。所以,在海-冰-气年际尺度的相互作用中,主要关系是大气环流调整造成大气中云量和低层气温、湿度变化,进而影响海气界面上的通量交换,造成SST的变化。SST变化决定着海冰范围及海冰密集度的变化,但海冰变化时通过相变潜热的释放或吸收反过来对SST变化有较明显影响。     

从2011/2012和2015/2016年冬季大气环流异常看北极海冰以及前期夏季北极大气环流异常的作用

利用美国NCEP/NCAR、欧洲中心ERA-Interim再分析资料,以及英国哈得来中心海冰密集度资料,通过诊断分析和数值模拟试验,研究了2011/2012和2015/2016年两个冬季大气环流异常的主要特征和可能原因。结果表明,尽管热带太平洋海温背景截然不同（分别为弱的拉尼娜事件和强厄尔尼诺事件）,但这两个冬季西伯利亚高压均异常偏强,自1979年以来其强度分别排第1和第5位。前期秋季北极海冰异常偏少是导致这两个冬季西伯利亚高压偏强的主要原因。更为重要的是,前期夏季北冰洋表面反气旋风场,以及其上空对流层中、低层平均气温偏高,加强了北极海冰偏少对冬季大气变率的负反馈,进一步促进了西伯利亚高压的加强,从而有利于东亚地区冬季阶段性强严寒的出现。因此,夏季北极大气环流的动力和热力状态不仅影响夏、秋季北极海冰,而且对海冰偏少影响亚洲冬季气候变率有重要调节作用。2015/2016年冬季强厄尔尼诺事件并不能掩盖来自北极海冰和大气环流的影响。      

北极海冰与ENSO事件在准四年时间尺度上的可能联系

分析了北极海冰的变化规律及其与ENSO循环在准四年时间尺度上的可能联系.结果表明(59.5～179.5°E,60.5～89.5.N)的高纬海域范围内(包括喀拉海、拉普捷夫海及东西伯利亚海,简称为A区)的北极海冰变化以9月份变率最大并具有准四年周期,在这个周期段上A区极冰与Nino 3区的海温变化有明显的位相差.当Nino 3区SST滞后海冰约16个月时,两者达到最大负相关.A区的9月海冰面积指数和SST的时滞相关系数分布表明,次年4月开始在赤道东太平洋区域出现一显著负相关区,次两年的2月负相关达到最大,之后减弱消失.这表明9月A区海冰面积偏小,则次年春季以后出现E1 Nin0现象.海冰与环流相关分析表明,其相互影响机制可能是由于少冰年的弱冷源效应,使得该地区上空气旋环流发展,并通过中高纬相互作用促进北太平洋西北部及东亚沿岸距平气旋式环流的发展,有利于赤道异常西风形成从而触发和维持El Nino事件的产生和发展.     

北极海冰的气候变化与20世纪90年代的突变

应用英国Had ley气候研究中心1968~2000年的1°×1°的北半球逐月海冰密集度资料,使用EOF分解等统计方法,探讨北极海冰的气候变化趋势、海冰的突变、海冰的季节持续性和各季的特色。结果表明:(1)自1968年以来,北极海冰的减小是北半球海冰变化的总趋势;海冰的趋势变化在海冰的年际总变化中占有相当重要的地位,可达50%左右。冬春季主要减少区域在格陵兰海、巴伦支海和白令海;夏秋季海冰减少是唯一趋势,中心在北冰洋边缘的喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科奇海、波弗特海。(2)20世纪80年代中后期北极海冰已出现减小趋势,在20世纪90年代,海冰又出现范围和面积的突然减少,中心在格陵兰海和巴伦支海;即海冰减少是加速的,其变化程度已远远超过一般的自然变化。(3)海冰有很好的季节持续性,有很强的隔季相关,也有较好的隔年相关;各季节海冰分布型之间有很好的联系,表现为海冰分布型的总体变化趋势是一致的,在海冰的减少中也体现了分布型的特征。     

北极海冰及其与气候变化的关系研究进展

简要介绍国内外关于北极海冰及其与气候变化的关系:北极海冰面积变化的时空分布特征,大气对北极海冰面积变化的影响,以及北极海冰面积异常与气候变化的关系。其中北极海冰面积异常与气候变化的关系研究主要是基于遥相关型、三大涛动、季风系统和冰-海-气耦合系统等几方面的研究。结果可供基层台站寻找影响当地区域气候变化的北极海冰“强信号”域。     

秋季北极海冰变化对长江中下游地区冬季气温的影响

利用英国哈德莱中心海冰密集度资料,通过相关、合成等统计方法分析秋季北极海冰变化对长江中下游地区冬季气温的影响,发现拉普捷夫海以北及东西伯利亚海以东海区的海冰密集度变化可作为预测长江中下游地区冬季气温的前兆信号。当拉普捷夫海以北及东西伯利亚海以东海区海冰密集度偏高时,欧亚中高纬中部地区2 m气温经向梯度增大,乌拉尔山地区阻塞偏弱,欧亚中高纬以纬向环流为主,长江中下游冬季气温偏高,反之亦然。     

北极海冰及其与气候变化的关系研究进展

简要介绍国内外关于北极海冰及其与气候变化的关系:北极海冰面积变化的时空分布特征,大气对北极海冰面积变化的影响,以及北极海冰面积异常与气候变化的关系。其中北极海冰面积异常与气候变化的关系研究主要是基于遥相关型、三大涛动、季风系统和冰-海-气耦合系统等几方面的研究。结果可供基层台站寻找影响当地区域气候变化的北极海冰“强信号”域。

     

中国CMIP5模式对未来北极海冰的模拟偏差

本文对中国参加CMIP5的6个气候模式对未来北极海冰的模拟情况进行了评估。通过与1979-2005年海冰的观测值以及2050年代的多模式集合平均值对比发现,中国的气候模式对海冰范围的模拟结果与CMIP5模式的平均水平存在一定差距,具体表现为：BNU-ESM和FGOALS-s2对当前海冰范围估计很好,但对温度敏感性略偏高;FIO-ESM对当前海冰范围估计很好,但由于海冰对温度的敏感性偏低,导致其模拟的未来海冰在各种RCP情景中都融化缓慢;FGOALS-g2（BCC-CSM1-1和BCC-CSM1-1-m）对当前海冰范围的模拟存在显著偏多（显著偏少）的问题,这导致其对未来海冰融化的估计也持续偏多（偏少）。中国模式对北极海冰的模拟偏差导致它们对极区地表大气温度和湿度的模拟出现偏差,并且这些极区气象要素的偏差会进一步通过动力过程传导到对秋、冬季西风带、极涡的模拟中去。研究表明：从对海冰本身的模拟以及海冰偏差带来的气候影响这两个角度看,BNU-ESM在中国模式中水平较高,但总体上中国6个气候模式在海冰分量的模拟上仍与世界平均水平存在差距,这需要中国各模式中心的持续改进。     

北极多冰年和少冰年的大气环流差异

本文利用一个改进的海冰热力模式,取北极区大气和有关场的气候资料,模拟了1982年10月至1988年9月的北极海冰空间分布和季节变化的循环特征,较好地模拟出多冰年（1983,1987）和少冰年（1984,1986）。模拟结果与部分研究工作以及实况相比较,基本状况趋于一致。并且在此基础上进一步探讨了北极多冰年和少冰年的大气环境差异,可以看到多冰年的北极极涡偏西半球;少冰年的北极极涡基本是围绕极地。从而进一步影响多冰年和少冰年大气环流差异,特别是对亚洲环流的影响较大。     

北半球大气对春季北极海冰异常响应的数值模拟

在CAM3.0模式中,通过设计一系列数值模拟试验来研究北半球大气环流对北极海冰密集度(Sea Ice Concentration,简称SIC)强迫的响应.将海冰密集度EOF第二模态(EOF2)的时间系数回归到原场,并把这个空间异常场逐月的加到SIC春季气候态上,作为敏感性试验的外强迫.试验结果表明:在季节尺度上,大气环...