一个热动力海冰模式的改进与实验

影响海冰变化的物理因素中热力和动力部分是同等重要的，但多数热动力海冰模式的热力部分考虑得较为简单。针对Hibler热动力海冰模式的不足，以1个3层热力模式为基础改进了其热力部分。比较了原模式中的零层热力模式和用于改进的3层热力模式；并应用改进前后的两种热动力模式对1983年的北极海冰进行了模拟。模拟结果表明，海冰厚度比原模式厚，季节变化减弱，海冰密集度与观测资料更为符合。     

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...     

南北极海冰的时空变化特征

本文分析了南北极海冰多年平均覆盖资料，给出南北极海冰的年内变化特征，极地海冰最多最少月份的空间分布。计算了２月及９月海冰年际变化方差分布，并对２月及９月南北极海冰７个分区域覆盖面积作了ＥＯＦ分解，为进行南北极海冰影响全球气候的数值试验提供了海冰变化的空间配置     

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。      

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...     

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。     

北极海冰变化的时间和空间型

利用 4 4a(195 1～ 1994年 )北极海冰密度逐月资料 ,分析提出了一种与北极冰自然季节变化相吻合的分季法 ,并根据这种分季法 ,使用EOF分解 ,揭示了北极各季海冰面积异常的特征空间型及其对应的时间变化尺度。结果表明 :(1)北极冰面积异常变化的关键区 ,冬季 (2～ 4月 )主要位于北大西洋一侧的格陵兰海、巴伦支海和戴维斯海峡以及北太平洋一侧的鄂霍次克海和白令海 ,夏季 (8～ 10月 )则主要限于从喀拉海、东西伯利亚海、楚科奇海到波佛特海的纬向带状区域内 ,格陵兰海和巴伦支海是北极海冰面积异常变化的最重要区域 ;(2 )春 (5～ 7月 )、秋 (11月～次年 1月 )季各主要海区海冰面积异常基本呈同相变化 ,夏季东西伯利亚海、楚科奇海、波佛特海一带海冰面积异常和喀拉海呈反相变化 ,而冬季巴伦支海、格陵兰海海冰面积异常和戴维斯海峡、拉布拉多海、白令海、鄂霍次克海的海冰变化呈反相变化 ;(3)北极冰总面积过去 4 4a来确实经历了一种趋势性的减少 ,并且叠加在这种趋势变化之上的是年代尺度变化 ,其中春季 (5～ 7月 )海冰面积异常变化对年平均北极冰总面积异常变化作出了主要贡献 ;(4)位于北太平洋一侧极冰面积异常型基本具有半年的持续性 ,而位于北大西洋一侧极冰面积异常型具有半年至一年的持续性     

1966～1991年北极海冰模拟结果与观测的对比

利用宇如聪等1995年建立的北极区域冰-洋耦合模式,以1966～1991年期间逐月的月平均实测海平面气温和气压场为强迫场,模拟了上述26年间北极海冰的时间演变和空间分布,着重分析了大西洋及欧洲沿岸一侧的巴伦支海和格陵兰海的海冰状况,并与目前能够得到的北极海冰密集度观测资料做了对比,结果表明:（1）模式对巴伦支海海冰年际变化的模拟是比较成功的,表现在不仅模拟的1969～1979和1979～1987这两个时段的主要变化趋势和观测事实比较一致,而且模拟出了1979和1984这两个多冰和少冰的极端年份。模拟的主要     

北极海冰面积变化与大气遥相关型

本文综述了北极海注面积变化与大气遥相关型研究工作中的一些主要结果。诊断分析表明，北极海冰面积变化具有３－４年的振荡周期，大气中的遥相关型不仅与海冰面积变化的区域有关，还与海冰面积的振荡频率有关。海冰面积变化与大气遥相关型是互相维持的，一方的加强有利于另一方的加强，本文最后还对北极海冰和赤道中，东太平洋海温对北半年冬半年中纬度大气环流影响的相似性等问题进行了讨论。     

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。     

The Response of Arctic Sea Ice to Global Change

The sea ice-covered polar oceans have received wider attention recently for two reasons. Firstly, the global conveyor belt circulation of the ocean is believed to be forced in the North and South Atlantic through deep water formation, which to a large degree is controlled by the variations of the sea ice margin and especially by the sea ice export to lower latitudes. Secondly, CO₂ response experiments with coupled climate models show an enhanced warming in polar regions for increased concentrations of atmospheric greenhouse gases. Whether this large response in high latitudes is due to real physical feedback processes or to unrealistic simplifications of the sea ice model component remains to be determined. Coupled climate models generally use thermodynamic sea ice models or sea ice models with oversimplified dynamics schemes. Realistic dynamic-thermodynamic sea ice models are presently implemented only at a few modeling centers. Sensitivity experiments with thermodynamic and dynamic-thermodynamic sea ice models show that the more sophisticated models are less sensitive to perturbations of the atmospheric and oceanic boundary conditions. Because of the importance of the role of sea ice in mediating between atmosphere and ocean an improved representation of sea ice in global climate models is required. This paper discusses present sea ice modeling as well as the sensitivity of the sea ice cover to changes in the atmospheric boundary conditions. These numerical experiments indicate that the sea ice follows a smooth response function: sea ice thickness and export change by 2% of the mean value per 1 Wm^-2 change of the radiative forcing.     

一个海洋-海冰耦合模式的北极气候模拟

This paper evaluates the simulation of Arctic sea ice states using an ocean-ice coupled model that employs LASG/IAP(the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics/the Institute of Atmospheric Physics) Climate Ocean Model(LICOM) and the sea-ice model from the Bergen Climate Model(BCM).It is shown that the coupled model can reasonably reproduce the major characteristics of the mean state,annual cycle,and interannual variability of the Arctic sea ice concentration.The coupled model also shows biases that were generally presented in other models,such as the underestimation of summer sea ice concentration and thickness as well as the unsatisfactory sea ice velocity.Sensitivity experiments indicate that the insufficient performance of the ocean model at high latitudes may be the main reason for the biases in the coupled model.The smoother and the fake "island",which had to be used due to the model’s grid in the North Pole region,likely caused the ocean model’s weak performance.Sea ice model thermodynamics are also responsible for the sea ice simulation biases.Therefore,both the thermodynamic module of the sea ice component and the model grid of the ocean component need to be further improved.     

20世纪90年代以来北极海冰减少的热动力分析——基于PIOMAS模式结果

本文利用美国华盛顿大学的PIOMAS海冰模式输出结果,分析了20世纪90年代以来北极海冰减少的动力和热力过程的特征,并探讨了海冰减少与北极大气环流模态之间的关系。结果表明:（1）通过弗拉姆海峡输出的多年冰的厚度自1995年以来有显著减少;（2）海冰的热力过程在20世纪90年代以后特别是21世纪以来是海冰减少的主导因素;（3）大气模态中的北极涛动（AO）和北极偶极子（AD）均对北极海冰的动力输出有影响,各自与海冰输出量的相关关系显著,并且AO和AD的多元线性回归能很好的拟合出海冰输出量的减少。     

The Arctic Sea Ice Thickness Change in CMIP6's Historical Simulations

This study assesses sea ice thickness(SIT) from the historical run of the Coupled Model Inter-comparison Project Phase 6(CMIP6). The SIT reanalysis from the Pan-Arctic Ice Ocean Modeling and Assimilation System(PIOMAS)product is chosen as the validation reference data. Results show that most models can adequately reproduce the climatological mean, seasonal cycle, and long-term trend of Arctic Ocean SIT during 1979–2014, but significant intermodel spread exists. Differences in simulated SIT patte...     

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...     

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。     

Response of Northern Hemispheric Air Temperature to Arctic Sea Ice Decline

Two numerical experiments were performed by using the Community Atmosphere Model version 3 (CAM3) with different sea ice datasets to assess the contribution of the decline of Arctic sea ice to warming in the Northern Hemisphere. One experiment was driven by observed sea ice cover data; for the other one, the authors used the sea ice data of the 4×CO2 scenario simulated by the fourth-generation European Centre Hamburg atmospheric general circulation Model of Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Italy (INGV_ECHAM4). The comparison of the two experiments indicates that the decline of the Arctic sea ice leads to a dramatic warming over the high latitudes of the Northern Hemisphere, characterized by a maximum warming of more than 26℃ over the Arctic region. The significant warming is closely related to the enhanced atmospheric heat source. A 40-60 Wm-2 increase in the apparent heat source was simulated in winter due to the decline of Arctic sea ice. In contrast, no significant change was found in the atmospheric apparent heat source in summer. As a result, the summer temperature change induced by the decline of Arctic sea ice appears to be weak. This study suggests that accurate sea ice cover data is crucial for future climate projection of air temperature in high latitudes.     

南、北极海冰的长期变化趋势及其与大气环流的联系

采用南、北极海冰面积指数 1°× 1°经纬度格点资料及海平面气压资料 ,运用多种统计方法 ,研究了南、北极海冰的长期变化趋势、突变特征及其与大气环流的联系 ,发现近年来南极冬、春、秋季海冰逐渐减少 ,夏季海冰逐渐增加 ;北极春、夏、秋季海冰均不同程度地减少 ,冬季海冰变化趋势不明显 ;南、北极各季海冰的年际变化均存在一定的突发性 ,大气环流在海冰突变年前后有显著的差异     

渤海海冰单点模式的气候模拟

利用PW1979海冰热力模式，考虑渤海的地理特点和气候特征，假设渤海为薄层海洋，引入二分法求解海冰表面温度。用该地区气候平均的云量、湿度、海平面气压和风速以及附近4站的月平均气温资料作为强迫场，模拟了渤海海冰的气候变化。模拟结果与逐年的海冰级数资料具有一致的变率，表明气温对海冰年际变化有重要影响。