北极地区1979—2015年西北航道7-10月份气旋的特征分析

本文采用气旋自动识别与追踪算法,基于欧洲中期天气预报中心ERA-Interim平均海平面气压场,建立1979-2015年共37年7-10月北极西北航道东西两个区域的气旋数据。数据包括气旋中心经纬度以及中心最低气压值。基于这套数据,分析了北极7-10月西北航道气旋数量特征、空间密度分布、强度特征、加深以及爆发性气旋的活动情况。西北航道东西两段的气旋个数存在显著的差异,东段气旋个数是西段区域的2~2.5倍,并且两段个数变化趋势不一致,西段的气旋个数趋势呈不显著的减少,东段的个数呈不显著上升趋势。西北航道气旋强度偏弱,中心最低气压达980 hPa的气旋仅占不到总数的5%。最低中心气压集中分布在990~1 000 hPa之间。1979-2015年以来,东段的气旋强度趋势增强,西段气旋在2002年以前也是显著的增强,2002年以后强度减弱。气旋的生命史集中在7 d以内,东段1 d以内的气旋个数明显偏多。西段气旋高密度区域主要分布在74°N以北的波弗特海北部,东段主要分布在巴芬湾的东北侧和巴芬岛的东南侧,近几年来其主要密度分布区域东西两段存在南移以及略微变化。西北航道内爆发性气旋的增长位置集中在70°N的沿岸附近,尤其是加拿大北部以及格陵兰西海岸附近。大西洋震荡指数与东段气旋的个数有较好的正相关。     

北极东北航道海冰变化特征分析研究

21世纪以来,北极海冰正在发生快速变化,海冰覆盖范围明显减小,厚度显著变薄,在此背景下,东北航道的提前开通成为可能.本文对多年来北极东北航道内的海冰变化特征和近几年东北航道的开通情况进行了分析研究,认为东北航道在9月份开通的可能性最大,8月份次之,10月份通航的困难较大;历年的航道开通起始时间变化较大,俄罗斯新西伯利亚群岛和北地群岛,与大陆之间的海冰对东北航道的开通起着关键作用.东北航道的海冰年际变化较大,这给未来东北航道使用带来了较大挑战.     

近年北极东北和西北航道开通状况分析

利用微波卫星遥感数据对北极东北航道和西北航道近年来的冰情变化,以及影响航道开通的关键区域和每年的开通状况进行了分析和总结,并对航道未来的可能冰情状况进行了展望,期望对航道利用者有所帮助。东北航道全线开通期主要集中在8月下旬至10月上旬,开通总天数多在40~50d;西北航道南线开通期主要集中在8月上中旬至10月上旬,开通总天数多在50~60d;西北航道北线开通时间主要集中在9月。东北航道冰情最为复杂的是连接拉普捷夫海和喀拉海的北地群岛区域海冰,也是影响航道开通的关键区。影响西北航道南线开通的关键主要是威廉王岛附近维多利亚海峡、威尔士王子岛东侧的皮尔海峡和北侧巴罗海峡区域的海冰状况;影响北线开通的关键区域是班克斯岛西北部的麦克卢尔海峡和梅尔维尔子爵海峡;东北航道可通航性优于西北航道。虽然气候变化大背景下北极海冰总量减少,但由于海冰流动性增强,局部海冰变化愈发复杂,海冰分布年际差异较大,需要加强北极海冰监测和预报能力,为未来航道利用提供保障。     

2017年夏季北极中央航道海冰观测特征及海冰密集度遥感产品评估

2017年夏季中国第八次北极科学考察期间,"雪龙"号极地考察船首次成功穿越北极中央航道,期间全程开展了海冰要素的人工观测。中央航道走航期间的平均海冰密集度和平均冰厚分别为0.64和1.5 m,海冰密集度时空变化大且以厚当年冰为主,高纬密集冰区的浮冰大小显著高于海冰边缘区。基于"雪龙"号的船基走航观测海冰密集度评估比较了国际上常用的5种常用的微波遥感反演海冰密集度产品,同走航目测海冰密集度点对点的比较,误差最大的为德国不来梅大学AMSR2基于Bootstrap算法的产品,平均误差和均方根误差分别为0.19和0.28;误差最小的为欧洲气象卫星应用组织基于AMSR2数据和OSHD和TUD两种不同算法的产品,平均误差分别为-0.02和0.01,均方根误差均为0.20。从日平均比较来看,AMSR2基于Bootstrap算法的误差最大,平均误差和均方根误差分别为0.15和0.20;AMSR2/OSI SAF（TUD）的误差最小,平均误差和均方根误差分别为0.0和0.11,OSI SAF产品更接近人工观测结果。     

晚春北极涛动对夏季西北太平洋热带气旋生成频数的影响

利用美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料以及中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集,本文探讨了1950–2018年期间晚春(5月)北极涛动(AO)与随后夏季(6–9月)西北太平洋上空热带气旋生成频数的关系.研究表明,晚春AO对夏季西北太平洋TC生成有明显的预报指示意义,二者...     

北极海冰输出区域海冰运动变化特征及其与北极航道适航性的关系

随着北极地区气候变暖的加剧,北极海冰正在急剧消融,海冰的减少增加了北极地区航道的适航性。本文利用遥感数据反演得到的海冰运动产品对北极海冰输出区域以及东北航道以北区域的海冰运动特征进行了量化。结果显示,从北极中央海域向弗拉姆海峡以及格陵兰海流出海冰的南向位移量呈现出显著增长趋势,海冰的平均南向位移量在2007-2014年间达到1511 km,是2007年之前（617 km）的两倍以上,反映了北极穿极流（TDS）强度在不断增强。通过长时间序列分析发现,春季东北航道以北区域的海冰北向漂移速度在喀拉海呈现+0.04 厘米/秒/年的显著增长趋势（P<0.05）。海冰北向漂移对于东北航道的开通具有显著的影响,在拉普捷夫海与喀拉海,海冰北向运动速度与航道适航期的决定系数分别达到0.33（P<0.001）和0.15（P<0.05）。东西伯利亚海、拉普捷夫海以及喀拉海存在冰间湖区域的春季海冰面积变化与航道的适航期密切相关,海冰的北向漂移对拉普捷夫海和喀拉海的海冰面积减少也有显著影响,这说明北向漂移促进了海冰的离岸输送,造成海冰面积减少的同时形成冰间水道或冰间湖促使航道开通。为探究大气环流指数对海冰运动以及东北航道适航期的影响,本文利用大气再分析数据计算了中央北极指数（CAI）和北极大气偶极子异常（DA）指数。相关性分析表明,CAI比DA更能解释东北航道的适航期,而且CAI能够解释北极海冰输出区域海冰南向位移量变化的45%。最近10年,夏季正相位的CAI进一步加强,通过加强海冰离岸输运和冰间湖活动加剧了东北航道区域海冰变薄及其强度变弱,从而促进了东北航道的开通。     

基于高效统计模型预测9月北极航道沿线海冰范围

The rapid decrease in Arctic sea ice cover and thickness not only has a linkage with extreme weather in the midlatitudes but also brings more opportunities for Arctic shipping routes and polar resource exploration, both of which motivate us to further understand causes of sea-ice variations and to obtain more accurate estimates of seaice cover in the future. Here, a novel data-driven method, the causal effect networks algorithm, is applied to identify the direct precursors of September sea-ice extent covering the Northern Sea Route and Transpolar Sea Route at different lead times so that statistical models can be constructed for sea-ice prediction. The whole study area was also divided into two parts: the northern region covered by multiyear ice and the southern region covered by seasonal ice. The forecast models of September sea-ice extent in the whole study area(TSIE) and southern region(SSIE) at lead times of 1–4 months can explain over 65% and 79% of the variances, respectively,but the forecast skill of sea-ice extent in the northern region(NSIE) is limited at a lead time of 1 month. At lead times of 1–4 months, local sea-ice concentration and sea-ice thickness have a larger influence on September TSIE and SSIE than other teleconnection factors. When the lead time is more than 4 months, the surface meridional wind anomaly from northern Europe in the preceding autumn or early winter is dominant for September TSIE variations but is comparable to thermodynamic factors for NSIE and SSIE. We suggest that this study provides a complementary approach for predicting regional sea ice and is helpful in evaluating and improving climate models.     

应用SWAN模型分析航道对波浪传播的影响

应用SWAN模型,采用多向不规则波计算了秦皇岛港航道改造工程前后4个具有代表性波向的波浪场,分析了航道对工程区4个不同方向波浪传播的影响并得到了航道沿程的波高分布.改造后的秦皇岛港航道呈折线型,长为24.4 km,相应的计算区域较大,使Boussinesq模型因网格过多而难以进行计算,而缓坡方程模型在处理多向不规则波时计算过于繁琐,SWAN模型在大区域、多向不规则波情况下能够较好地解决计算问题.运用该模型计算的结果表明,秦皇岛港航道改造工程后距航道较近区域的波态发生明显的变化,但工程海区的波浪整体传播规律没有发生大的改变.     

北极气旋的季节、年际变化及其与北极海冰、大气遥相关的关系

The seasonal and inter-annual variations of Arctic cyclone are investigated. An automatic cyclone tracking algorithm developed by University of Reading was applied on the basis of European Center for Medium-range Weather Forecasts(ECMWF) ERA-interim mean sea level pressure field with 6 h interval for 34 a period. The maximum number of the Arctic cyclones is counted in winter, and the minimum is in spring not in summer.About 50% of Arctic cyclones in summer generated from south of 70°N, moving into the Arctic. The number of Arctic cyclones has large inter-annual and seasonal variabilities, but no significant linear trend is detected for the period 1979–2012. The spatial distribution and linear trends of the Arctic cyclones track density show that the cyclone activity extent is the widest in summer with significant increasing trend in CRU(central Russia)subregion, and the largest track density is in winter with decreasing trend in the same subregion. The linear regressions between the cyclone track density and large-scale indices for the same period and pre-period sea ice area indices show that Arctic cyclone activities are closely linked to large-scale atmospheric circulations, such as Arctic Oscillation(AO), North Atlantic Oscillation(NAO) and Pacific-North American Pattern(PNA). Moreover,the pre-period sea ice area is significantly associated with the cyclone activities in some regions.     

ENSO事件对西北太平洋热带气旋影响的分级研究

采用1951-2006年联合台风警报中心(JTWC)最佳路径数据集和气候预测中心(CPC) ENSO资料,分析了西北太平洋不同等级热带气旋累积能量(accumulated cyclone energy,ACE)与ENSO指数之间的关系.结果表明;ACE与ENSO指数间存在正相关关系;分级热带气旋中,ENSO事件主要通过超强台风(Super TY)的活动与ACE指数联系起来的,超强台风频数在El Ni(n)o期间多于La Ni(n)a 期间,同时持续时间也更长;ENSO指数和热带气旋活跃季超强台风ACE指数的滞后相关(ENSO指数滞后5个月内)与它们的同时相关大小相当.此外,还研究了分级热带气旋持续时间、强度和频数分别对ACE指数的贡献,结果显示超强台风频数的贡献最大.接下来,利用1951-2006年不同ENSO位相情况下NCEP再分析资料,分析了ENSO影响超强台风发生发展的物理机制.主要结论为:西北太平洋存在一些SuperTY频数与源地分布在ENSO年与平常年相比有明显差异的关键区;ENSO事件改变关键区低层相对涡度以及海表温度是其影响SuperTY源地及频数变化的重要途径.     

北极海冰的变化特征

本文使用了北极海冰１９７２～１９８９年的资料，分析了北极海冰的区域特征、季节变化和长期变化的特征。发现由于北极海冰南侧被殴亚和北美大陆所包围，处于基本封闭状态，只有通过白令海峡与太平洋相连和格陵兰海和娜威海与大西洋相连的两个通道，其环境条件与南极海冰绝然不同，因此其特征也明显不同。１、季节变化小。净冰面积冬季是夏季的２倍左右，而南极海有６倍之差。２、海冰寿命较长。以多年冰为主，平均寿命为１．３年。     

渤海海域冰水共存期的波能流密度推算

为给寒区海域的波浪能估算提供科学依据,提出一种合理推算冰水共存海域波浪条件及波能流密度的方法,该方法将海冰模型与水动力学模型耦合模拟得到的冰浓度以线性修正函数的方式纳入波浪模型的海面摩阻风速方程中,并基于MCT (model coupling toolkit)耦合器将海冰模型、水动力学模型与波浪模型进行实时耦合。基于该方法模拟了渤海冬季寒潮大风期间的海冰以及波能流密度的演化。模拟结果表明,在2012年2月5~8日寒潮大风期间,结冰区域占到渤海总面积的1/3,约有76%的渤海海域的平均波能流密度受海冰影响减小,其中辽东湾近岸的波能流密度平均受冰影响最多减小了100%,而渤海湾和莱州湾近岸受冰影响最多分别减小了60%和50%。即使是无冰覆盖的老铁山水道,其波能流密度的最大值也受冰影响减少了14%。耦合模拟可以更为准确地对渤海冬季的波能流密度分布进行评估,为波浪能发电厂选址提供依据。     

巴伦支海海冰异常对初夏大气环流和东亚天气影响的数值研究

本文利用在ＮＣＡＲ气候模式ＣＣＭ１（Ｒ１５Ｌ１２）基础上改变为用于长期数值预报的ＣＣＭ１（Ｒ１５Ｌ７），以１９９１年５月２日１２时（ＧＭＴ）国家气象中心客观分析资料为初始场，分别以巴伦支海附近海域不同的海冰边界作为下垫面极冰条件，进行了相应相应的月长期数值预报试验。以研究该海区海冰对大气环流特别是东亚天气的影响。试验〈Ａ〉以接近于９１年５月平均冰边界作为极冰边界条件，试验〈Ｂ〉和试验〈Ｃ〉分别对应     

基于卫星观测的辽东湾冰情统计分析

根据渤海6个海洋站的海冰监测及气温观测数据统计,终冰日及冰期可用来表征当年渤海冰情严重程度,在大多数年份冰情与终冰日早晚和冰期长短呈负相关。根据2006/2016年的辽东湾海冰面积及外缘线资料,分析了11年间辽东湾冰情的年变化特征,分析结果显示,辽东湾海冰受局地气温影响明显,两者呈较显著的负相关关系。分析结果发现,辽东湾海冰年际变化除受局地气候的影响外,还受太平洋副热带高压(简称副高)、极涡、东亚槽和欧亚环流等气候因子的共同调控,其中受太平洋副高北界位置指数、极涡面积指数、东亚槽强度指数、欧亚纬向环流指数影响最为显著,可作为辽东湾海冰预测的重要因子,此外北极海冰密集度也可以为预测当年冬季辽东湾每月冰情提供依据。     

黄、渤海海冰长期变化特征分析

选取渤海、黄海北部冰情等级、冰面积资料和大气环流逐月资料,采用小波分析和交叉小波分析方法,研究海冰长期变化特征及其气候成因。结果发现黄、渤海海冰具有多尺度变化特征,存在低频变化、高频变化和无明显周期的演变过程。西太平洋副高、亚洲极涡以及纬向环流是影响海冰生成与变化的直接因素。黄、渤海海冰还与印度洋副高、北美副高,以及大西洋副高存在显著年代际相关关系。     

海冰的客观分型

本文采用聚类分析方法,对近１０年冬季逐候渤海海冰进行客观分型,获得海冰初终期型、发展期型、强盛期型和消融期型等共四类。通过分析不仅给出了海冰各型的厚度场及外缘线的分布状况,同时还揭示了型与型之间的关系及其转换和海冰各个发展阶段的内在联系。     

200O～2001年冬季北半球大气环流变化对渤海气候及海冰的影响

本文通过对2000－2001年冬季（12－2月）大气环流特征的分析，尤其关于东亚大气活动中心的位置，强度的不同会造成渤海海域气候与冰情的差异，表明由于乌拉尔山和北太平洋两大高压脊的变化，造成亚洲极涡与东亚大槽的加强和减弱，并对渤海气温变化和海冰生消的影响起着直接作用。此外，分析还表明，前期拉尼娜现象可能是造成气候变化的重要原因之一。     

2005/2006年度莱州湾东部的海冰灾害及其影响

莱州湾是水深较浅的半封闭海湾,与外海海水的交换缓慢,受黄河等十几条入海河流汇入的淡水影响使海水的盐度较低.受寒潮影响莱州湾内海冰灾害发生频繁.莱州湾的海冰灾害分5个冰情等级.在冬季气温偏高的年份,莱州湾内形成Ⅰ、Ⅱ级海冰,沿岸一般没有固定冰形成;一般年份形成Ⅲ级海冰,西岸和南岸冰情较严重,有固定冰形成;在冬季气温偏低的年份,形成Ⅳ级或Ⅴ级海冰,南岸、西岸的固定冰宽度较大,有时整个莱州湾海面都分布流冰.2005年末～2006年初在莱州湾东岸形成了一次较严重的海冰灾害,莱州市近海海湾扇贝养殖的经济损失达400万元以上.为减轻未来海冰灾害带来的损失提出了加强海冰灾害的监测和预报技术研究,严格管理近海养殖生产作业,莱州湾沿岸地方政府应制定<海冰灾害应急预案>,建设和完善海冰灾害应急防御体系等防御海冰灾害的对策.     

黄、渤海沿岸海冰测点代表性浅析

通过分析１９８０年以后的海冰资料和卫星云图照片，对黄、渤海沿岸１１个海冰测点的历史变迁进行了评述，浅析了测点的优劣及使用资料时应注意的事项。     

东南极海冰异常与中国夏季洪涝

本文分析了东南极（０－１２０°Ｅ）海冰净冰面积指数距平值的异常变化（１９７３－１９８９）分别与中国１６０个站夏季（５－８月）降水的耦合交叉领先及滞后４８个月的相关强度时间序列和空间场的分布特征。发现东南极海冰变化异常与否和中国的降水有以下密切关系。１、在东南极海冰由夏过渡到冬半年的过渡季节３月份，海冰的迅速增长与中国５月长江以南，南岭以北的东南亚亚热带湿润气候雨区（ＩＩａ）＾［３］有极密切的关系。