波弗特海2019年夏季海冰极端低值成因研究

波弗特海海冰的剧烈变化对区域内生态系统以及经济活动具有重要影响。基于美国国家冰雪数据中心发布的海冰密集度数据,本文对2019年波弗特海夏季海冰面积出现极端低值的机制进行了探讨。2019年融冰季（5–9月）海冰覆盖面积为1.38×10⁵ km²,远低于1998–2020年平均面积2.28×10⁵ km²,统计2019年前秋（2018年10–12月）和前冬季节（2019年1–4月）海冰覆盖面积,发现其与1998–2019年多年平均结果无显著差异;先前季节的海冰冰况不是造成极端低值事件的主要原因。综合海冰漂移场、海冰厚度、10 m风场以及海表面净热通量数据发现,2019年5月份海冰面积减小2.33×10⁵ km²,是1998年以来5月海冰损失量最大的年份,占融冰季节海冰面积减小量的62%。与1998年、2008年、2012年以及2016年波弗特海夏季发生海冰覆盖面积极端低值现象的机制不同,不断减小的海冰厚度以及2019年5月异常强的风场,促使海冰快速向外输出,波弗特海南部5月16日就形成开阔水域;伴随着异常高的海表面净热通量使得海冰更多地融化,造成了2019年夏季海冰的异常现象。随着海冰厚度的不断变薄,海冰对风场的响应越来越强,海冰消退时间不断提前,波弗特海夏季海冰的极端低值现象可能更为频繁地出现。     

冬季白令海海冰范围变化及其对大气响应机制研究

白令海是冬季北极海冰变化最明显的区域之一,该区域海冰的季节和长期变化与局地的气候、水文环境和生态系统密切相关,并会影响我国的天气气候过程。为了识别该区冬季海冰的长期变化,基于Hadley中心数据,采用滑动t检验和线性回归分析方法对白令海1960–2020年海冰范围的变化趋势及其空间差异进行分析,并分析了海冰变化对大气环流等大气强迫的影响。结果表明：白令海冬季海冰范围在1960–2020年显著减小,20世纪70年代和2000年前后白令海海冰范围存在显著的均值突变。其过程中伴随着阿留申低压中心低压加强、核心位置向白令海西部偏移以及对应风场分布的变化,这个过程存在一个近20 a周期的振荡。同时,太平洋年代际震荡的相位变化可以通过改变海平面气压来调节经向风,改变进入白令海的热平流,进而影响白令海冬季海冰范围。因此,阿留申低压系统和北太平洋年代际振荡对冬季白令海海冰的变化起到重要的调节作用。     

Arctic summer sea ice phenology including ponding from 1982 to 2017

Information on the Arctic sea ice climate indicators is crucial to business strategic planning and climate monitoring. Data on the evolvement of the Arctic sea ice and decadal trends of phenology factors during melt season are necessary for climate prediction under global warming. Previous studies on Arctic sea ice phenology did not involve melt ponds that dramatically lower the ice surface albedo and tremendously affect the process of sea ice surface melt. Temporal means and trends of the Arctic sea ice phenology from 1982 to 2017 were examined based on satellite-derived sea ice concentration and albedo measurements. Moreover, the timing of ice ponding and two periods corresponding to it were newly proposed as key stages in the melt season. Therefore, four timings, i.e., date of snow and ice surface melt onset (MO), date of pond onset (PO), date of sea ice opening (DOO), and date of sea ice retreat (DOR); and three durations, i.e., melt pond formation period (MPFP, i.e., MO–PO), melt pond extension period (MPEP, i.e., PO–DOR), and seasonal loss of ice period (SLIP, i.e., DOO–DOR), were used. PO ranged from late April in the peripheral seas to late June in the central Arctic Ocean in Bootstrap results, whereas the pan-Arctic was observed nearly 4 days later in NASA Team results. Significant negative trends were presented in the MPEP in the Hudson Bay, the Baffin Bay, the Greenland Sea, the Kara and Barents seas in both results, indicating that the Arctic sea ice undergoes a quick transition from ice to open water, thereby extending the melt season year to year. The high correlation coefficient between MO and PO, MPFP illustrated that MO predominates the process of pond formation.     

Numerical simulation for dynamical processes of sea ice

ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｄｙｎａｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｓｅａｉｃｅＷｕＨｕｉｄｉｎｇ，ＢａｉＳｈａｎ，ＺｈａｎｇＺｈａｎｈａｉａｎｄＬｉＧｕｏｑｉｎｇ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＭａｙ１６，１９９６；ａｃｃｅｐｔｅｄＪａｎｕａｒｙ...     

Numerical sea ice prediction in China

ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｅａｉｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａＷｕＨｕｉｄｉｎｇ,ＢａｉＳｈａｎ,ＺｈａｎｇＺｈａｎｈａｉ１（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｅｐｔｅｍｂｅｒ１２,１９９６;ａｃｃｅｐｔｅｄＪｕｎｅ５,１９９７）Ａｂｓｔｒａｃｔ──Ａｄｙｎａｍｉ...     

渤海海冰的年际和年代际变化特征与机理

根据1951-2013年间的渤海冰情等级资料,利用最大熵谱分析、相关分析和合成分析等方法,研究了渤海冰情等级的年际和年代际变化特征,探讨了局地气候、大气环流、ENSO(El Nio-Southern Oscillation)和太平洋年代际振荡(PDO)对海冰的影响。结果表明,渤海海冰具有明显的年际和年代际变化特征,并在1972年前后发生了一次由重到轻的气候跃变,在跃变后冰情较跃变前平均降低了0.7级。相关分析与合成分析结果显示,渤海冰情的年际变化除受局地气候的影响外,还受西太平洋副热带高压(副高)、极涡和欧亚环流的共同调控,特别在1972年以后,秋季副高、冬季欧亚和亚洲纬向环流对渤海冰情的年际变化均有重要影响,可作为渤海海冰预报的重要因子,而春季PDO、ENSO、冬季副高及欧亚和亚洲经向环流则是渤海冰情年代际变化的影响因素。     

Observations and modeling of the ice-ocean conditions in the coastal Chukchi and Beaufort Seas

The Chukchi and Beaufort Seas include several important hydrological features： inflow of the Pacific water, Alaska coast current （ ACC ）, the seasonal to perennial sea ice cover, and landfast ice ＇along the Alaskan coast. The dynamics of this coupled ice-ocean system is important for both regional scale oceanography and large-scale global climate change research. A mumber of moorings were deployed in the area by JAMSTEC since 1992, and the data revealed highly variable characteristics of the hydrological environment. A regional high-resolution coupled ice-ocean model of the Chukchi and Beaufort Seas was established to simulate the ice-ocean environment and unique seasonal landfast ice in the coastal Beaufort Sea. The model results reproduced the Beaufort gyre and the ACC. The depthaveraged annual mean ocean currents along the Beaufort Sea coast and shelf hreak compared well with data from four moored ADCPs, but the simulated velocity had smaller standard deviations, which indicate small-scale eddies were frequent in the region. The model resuits captured the sea,real variations of sea ice area as compared with remote sensing data, and the simulated sea ice velocity showed an ahnost stationary area along the Beaufort Sea coast that was similar to the observed landfast ice extent. It is the combined effects of the weak oceanic current near the coast, a prevailing wind with an onshore component, the opposite direction of the ocean current, and the blocking hy the coastline that make the Beaufort Sea coastal areas prone to the formation of landfast ice.     

渤海海冰特征厚度分析

通过海冰生消机理和数值试验,讨论了渤海海冰特征厚度的存在条件;对不同厚度的海冰表面温度、冰面热量收支、冰面下热传导和太阳辐射透射量进行了对比分析,分析了渤海海冰向特征冰厚的动态演化过程;在不同气温、风速、相对湿度和海洋热通量等气象和水文条件下,对渤海特征冰厚进行了计算;讨论了海冰生消的动态平衡过程,分析了1997/1998年冬季辽东湾JZ20-2海域实测冰厚与特征冰厚的相互关系。对渤海特征冰厚分析将有助于渤海海冰数值模拟工作的开展和对不同重现期设计冰厚的推算。     

质点-网格海冰模式在渤海的数值预报试验

在海冰动力学和热力学的研究基础上,开发应用于渤海的质点-网格海冰模式.该模式采用质点-网格法,有效地避免了传统海冰模式的数值扩散问题.该模式采用冰厚分布函数取代传统渤海业务海冰预报模式中平整冰、堆积冰和开阔水的三类海冰分型.应用质点-网格海冰模式对2003年～2004年冬季渤海冰情进行了业务化逐日数值预报试验,并对预报结果进行统计检验和分析比较.     

海冰动力学过程的数值模拟

讨论了海冰动力学性质并阐述决定海冰漂移的动量平衡,冰脊和水道形成及确定冰应力与形变、强度之间关系的海冰流变学.提出了模拟海冰动力学过程的数值模式,模式中冰厚分布由开阔水、平整冰和堆积冰3种要素表示.在这3要素的预报方程中引入形变函数,采用一种参数化方法模拟冰脊和水道.为了表示冰内相互作用,将海冰作为一种非线性粘性可压缩物质,采用粘-塑性本构关系.本文还概述和讨论了模式中所采用的数值方法,应用此模式模拟了渤海、波罗的海的波的尼亚湾和拉布拉多海的冰漂移.渤海冰漂移模拟结果明显地显示出潮周期变化,还模拟了渤海的冰脊和水道,进行了海冰流变学参数的敏感性试验.并将此冰模式与大气模式和边界层模式联接,给出渤海海冰预报结果.     

渤海海冰淡化利用研究进展与问题

海冰是低温条件下的海水冻结物,在我国渤海,每年冬季有4个月左右的结冰期,形成大范围的海冰。海冰具有灾害性,常对冬季海上运输及海洋生产构成危害,但因其含盐量较低,海冰还具有资源性,有可能以较低成本转化为淡水。自1995年以来,我国学者开展了渤海海冰淡化利用研究,在国家有关项目的大力支持下,已在海冰资源特性、资源量估算、海冰淡化技术和海冰水农业利用等方面均取得了一系列重要的研究进展。本文是对这些研究进展及尚需解决问题的综述。     

1997／98年冬季渤海和黄海北部冰情特征分析

海冰预报是渤、黄海重要的海洋灾害性预报项目之一。本文对１９９７～９８年冬季渤海及黄海北部的冰情概况进行了总结,并分析了渤海流冰范围在短时间内的迅速增长与天气、海洋等因子的相关关系。     

海冰的热力过程及其与动力过程的耦合模拟

研究和讨论了海气相互作用过程中海冰演变的物理过程；大气和海洋对海冰的热力作用以及冰内物理过程；大气和海洋热力学参数对冰厚和密集度等冰情参数的影响和上述物理过程的数学处理。计算了冰面与水面能量收支，并分析海冰热力增长函数的特征；将热力模式与动力模式。对渤海１９８９－１９９０年度海冰进行数值模拟。结果表明，考虑热力过程的热动力模式，对类似于１９９０年２月１２－１８日海冰融化过程显示出明显的优越性，模拟     

末次冰盛期以来鄂霍次克海北部陆架的海冰变化

本文通过高分辨率粒度分析,研究了鄂霍次克海北部陆架LV87-54-1岩芯记录的海冰活动历史。利用AnalySize程序对粒度数据进行端元分析,提取了3个端元,并将EM3作为海冰指标。EM3含量结果表明,末次冰盛期以来鄂霍次克海北部陆架以活动性海冰覆盖为主。末次冰盛期和海因里希冰阶1期（HS 1）时EM3含量最高,指示海冰活动强烈。冰期时北半球中高纬度气候变冷与北极涛动负相位是导致海冰大规模扩张的主要控制机制,东亚夏季风减弱与黑龙江入海径流量的减少促使鄂霍次克海生成更多的海冰。自波令−阿勒罗德间冰阶开始以来,鄂霍次克海北部陆架海冰生成急剧减少,在新仙女木时期海冰曾出现微弱峰值,随后又快速下降。自全新世以来,受北半球中高纬度气候变暖、秋季太阳辐射量升高、北极涛动正相位和东亚夏季风的增强共同影响,EM3含量一直稳定在较低水平,鄂霍次克海海冰的生成受到明显抑制。     

渤海及黄海北部冰情长期变化趋势分析

统计分析上世纪50年代—2010年渤海及黄海北部海冰资料,对其年代际变化特征进行分析。上世纪50年代—90年代冰情总体呈缓解的趋势,2000年以来冰情略有加重。研究发现太阳活动与渤海及黄海北部冰情变化关系密切,太阳活动可能是渤海及黄海北部冰情长期变化重要影响因素。如果太阳黑子的周期长度比上一个周期长,那么周期内冰情较上一个周期严重。反之亦然。     

海冰形变对北极冬季CICE模式冰厚模拟结果的影响

海冰数值模式是研究海冰动力热力状态参量及之间联系的有效途径。目前对冰厚数值模拟结果的分析远远少于对海冰范围/面积和密集度的研究,对冰速与海冰形变对冰厚分布影响的研究也尚欠缺。本文利用Los Alamos sea ice model（CICE）海冰模式模拟了1980−2018年的北极海冰变化,并使用遥感、同化冰厚数据进行比对验证,分析了模拟冰速和海冰形变对冰厚的影响,计算了冰速的散度和切变偏差对冰厚偏差的贡献。结果显示,CICE对北极70°N以北区域平均冰厚和冰速的年际变化模拟基本合理,但模拟的平均冰厚和冰速多年变化趋势均小于同化数据的变化率;模拟和观测冰厚的空间分布差异与冰速和形变率的偏差有密切联系,主要表现为波弗特海的正偏差和北极中央区至弗拉姆海峡的负偏差。泛北极区域散度和切变偏差在3月之前对冰厚偏差的贡献在13%～16%之间变化,3−4月则由16%跃变至27%。散度偏差主导了11月、12月波弗特海区域的冰厚正偏差,切变偏差主导了冬季加拿大群岛以北海域和穿极流区域的冰厚负偏差。     

近半个多世纪以来渤海冰情对全球气候变化的响应

渤海是季节性的结冰海域,属于北半球结冰海区的南边缘,其冰情状况是对大气场和海洋场共同作用的响应。1951—2004年渤海海冰冰级与中国大陆气温距平具有很强的负相关性,渤海海冰状况是对我国北方地区、尤其是对华北地区的中短期气候变化的响应。从20世纪50年代至90年代,海冰偏轻年数逐年代增加,同时海冰平均等级也逐渐降低,是对全球气候变暖的响应。渤海重冰年出现的周期大约为10a,与太阳黑子活动周期很接近,反映太阳活动对渤海冰情具有相当大的影响,尤其是极值事件。分析表明,渤海冰情与厄尔尼诺事件之间不存在显著的线性关系,厄尔尼诺不是渤海冰情变化的原因,相反,渤海冰情的加重,预示着厄尔尼诺的来临。     

Application of the HY-1 satellite to sea ice monitoring and forecasting

The HY-1A satellite is the first oceanic satellite of China. During the winter of 2002～2003, the data of the HY-1A were applied to the sea ice monitoring and forecasting for the Bohai Sea of China for the first time. The sea ice retrieval system of the HY-1A has been constructed. It receives 1B data from the satellite, outputs sea ice images and provides digital products of ice concentration, ice thickness and ice edge, which can be used as important information for sea ice monitoring and the initial fields of the numeric sea ice forecast and as one of the reference data for the sea ice forecasting verification. The sea ice retrieval system of the satellite is described, including its processes, methods and parameters. The retrieving results and their application to the sea ice monitoring and forecasting for the Bohai Sea are also discussed.     

Application of the HY-1 satellite to sea ice monitoring and forecasting

The HY-1A satellite is the first oceanic satellite of China. During the winter of 2002-2003, the data of the HY-1A were applied to the sea ice monitoring and forecasting for the Bohai Sea of China for the fhst time. The sea ice retrieval system of the HY-1A has been constructed. It receives 1B data from the satellite, outputs sea ice images and provides digital products of ice concentration, ice thickness and ice edge, which can be used as important information for sea ice monitoring and the initial fields of the numeric sea ice forecast and as one of the reference data for the sea ice forecasting verification. The sea ice retrieval system of the satellite is described, including its processes, methods and parameters. The retrieving results and their application to the sea ice monitoring and forecasting for the Bohai Sea are also discussed.     

海冰模式和数值预报

根据渤海冰情,在海冰动力学和热力学研究基础上,提出一种海冰动力一热力模式。该模式包括平整冰、堆积冰和开阔水三要素,采用粘一塑性本构关系计算冰内应力。利用参数化方法处理变形函数和热力增长率。该冰模式与潮流模式耦合研究渤海冰－潮相互作用,并与ＥＣＯＭ－Ｓｉ海洋模式耦合进行预报试验。该冰模式与大气模式联接,或应用气象部门数值天气预报产品进行海冰业务数值预报。本文还给出了预报结果。