The Arctic and Antarctic Oscillations in the IPCC AR4 Coupled Models

This study evaluates the fidelity of Arctic and Antarctic oscillations (AO and AAO for short,respectively) in the coupled general circulation models participating in the Fourth Assessment Report of Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC AR4).The AO and AAO during 1970-1999 in 24 models are analyzed and compared with that in ERA-40 and NCEP-1.Models'performance is seasonally dependent,with best reproducibility of both spatial structure and trend in winter.In most models,the spatial pattern and temporal trend of AAO during this period are more delicately simulated than AO.After picking out models with better performance according to the Taylor diagram,we find that their ensemble mean can obviously improve models'reproducibility.The AO and AAO in the Special Report on Emission Scenarios (SRES) A1B Projection during the 21st century are also briefly analyzed.The results reveal that both the AO and AAO indices keep increasing during 1970-2099,with a steadier pace of AO than AAO.The spatial difference of sea level pressure between 2060 2089 and 1970-1999 shows decreased values in polar regions,and increased values in midlatitudes.The results manifest that the ozone recovery during the mid 21st century may not weaken such a trend.     

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。     

北极河流径流量变化及影响因子分析

利用最新的北极径流资料(R-arcticNET V3.0和Arctic RIMS),对进入北冰洋的4条主要河流的季节及年代际变化进行诊断分析。结果表明:入海径流在4-6月的大幅增加主要是由气温达到融点后积雪融化造成的,降水的作用次之。总的来说,欧亚区域在过去的70年里入海径流量是增加的,而北美区域在近30年里入海径流量是减小的,但注入北冰洋的径流总量是增大的。值得注意的是入海径流的年代际变化在不同季节增减趋势显著不同,夏季和秋季径流量减小,而其他两个季节径流量增大。进一步分析了影响入海径流变化的一些气候因子,结果表明:北大西洋涛动(北太平洋指数)与欧亚(北美)区域的冬、春季径流量存在正相关。春季气温与春季径流量呈正相关,而与夏季径流量呈负相关。降水与径流量基本上为同步正相关。春季积雪覆盖面积与春季径流量为负相关,而与夏季径流量为正相关,夏季积雪覆盖面积与夏季的径流量为正相关。     

常数和变化积雪密度方案诊断计算积雪厚度的敏感性研究

海冰上积雪的分布是影响海冰与大气能量交换以及气候变化的重要因素。当前的CMIP6气候模式（如CESM2和NESM3）采用定常的积雪密度,而专注于模拟雪厚度和密度变化的模式（如SnowModel-LG）则采用经验的变化雪密度公式。对比CryoSat-2卫星观测的积雪厚度发现,从积雪厚度的空间分布与平均值难以判断出变化雪密度对北冰洋积雪厚度模拟产生何种影响,对于变化雪密度模拟积雪厚度的改进及机制有待进一步研究。本文采用随气温、风速等因子变化的雪密度经验公式模型,并利用SNOTEL单站的长时间序列观测资料,对不同影响因子设计如下敏感性实验：A. 考虑所有气象因子的变化雪密度模型;B. 常数雪密度模型;C. 在A中不考虑风对密实化的影响;D. 在A中不考虑气温对密实化的影响。实验A、B、C和D诊断计算的2018年11月1日至2019年5月10日积雪厚度的均方根误差分别为4.2 cm、4.8 cm、25.9 cm和4.2 cm。结果表明,变化雪密度方案A模拟的积雪密度、厚度在平均值上与常数雪密度的结果接近,但其模拟的积雪厚度均方根误差最小,并且能够模拟出积雪厚度在几天到十几天时间尺度上的高频变化,同时减小了这种高频变化对应时段雪厚模拟结果的相对误差,二者具有一定的相关性。此外,还发现气温变化对积雪密实化的影响远小于风。     

全球热带海洋海表温度场异常对北极海冰的影响

本文利用1951−2021年哈德莱中心提供的海冰和海温最新资料以及美国国家海洋和大气管理局气候预报中心提供的NCEP/NCAR再分析资料,分析探讨了北极海冰70余年的长期变化特征,进而研究了其快速减少与热带海温场异常变化之间的联系,揭示了在全球热带海洋海温场变化与北极海冰之间存在密切联系的事实。结果表明,北极海冰异常变化最显著区域出现在格陵兰海、卡拉海和巴伦支海。热带不同海区对北极海冰的影响存在明显时滞时间和强度差异,热带大西洋的影响相比偏早,印度洋次之,太平洋偏晚。热带大西洋、印度洋和中东太平洋海温异常影响北极海冰的最佳时间分别是后者滞后26个月、30个月和34个月,全球热带海洋影响北极海冰的时滞时间为33个月。印度洋SST对北极海冰的影响程度最强,其次是太平洋,最弱是大西洋。全球热带海洋对北极海冰的影响过程中,热带东太平洋和印度洋起主导作用。当全球热带海洋SST出现正（负）距平时,北极海冰会出现偏少（多）的趋势,而AO、PNA、NAO对北极海冰变化起重要作用,是热带海洋与北极海冰相系数的重要“纽带”。而AO、PNA和NAO不仅受热带海洋SST的影响,同时也受太平洋年代际振荡PDO和大西洋多年代际AMO的影响,这一研究为未来北极海冰快速减少和全球气候变暖机理的深入研究提供理论支撑。     

北极涛动低空大气环流特征及其与太阳活动的联系

通过北极涛动AO正负位相时期北半球1000 hPa月平均位势高度、位势高度距平和气温月距平图对比分析可知,北极区域异常增暖时期对应着AO负位相时期,而北极区域异常偏冷时期对应着AO正位相时期,说明北极区域气温异常变化是决定AO异常变化的重要因子.逐次滤波法分析可知,冬季1月北极涛动现象表现出十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期和准22a年代际周期,具体表现为：（1）冬季1月北极涛动现象具有十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期.准110a世纪周期对于北极涛动指数的方差贡献率达到44.4%,是冬季1月北极涛动现象最显著的世纪际变化特征.（2）谱分析结果表明,滤除准110a世纪周期变化以后的1月北极涛动指数具有显著的22a周期,其方差贡献率达到18.5%,乃仅次于准110a世纪周期之后北极涛动指数年代际变化重要特征.对比分析表明,太阳活动尤其是太阳磁场磁性指数变化与1月北极涛动22a周期变化呈密切的反相关关系,二者变化趋势基本相反,即多数情况当太阳磁性指数MI由最低值转为上升以后都可引起北极涛动AO由最高值转为下降;当太阳磁性指数MI由最高值转为下降以后都可引起北极涛动AO由最低值转为上升.综上所述,北极涛动的准110a世纪周期变化、22a年代际周期变化对于北极涛动方差贡献率达到62.9%,标志着太阳活动是北极涛动的重要驱动因子.     

Aegir脊及邻区重磁异常及构造特征

为研究北极地区挪威海内Aegir脊及邻区断裂构造特征,为北极地区油气勘探提供方向,在斯克里普斯海洋研究所发布的研究区重力数据（网格数据）基础上填充最新船测数据,对已有重磁资料进行异常分离、滑动平均和重磁场边界识别。目前,研究区的特征断裂和构造单元划分尚不清楚。根据异常极值带、异常带走向、异常梯度带变化程度等,对研究区进行了断裂识别和构造单元划分。研究表明：重磁异常特征呈NNE—NW—NE向展布,重力异常呈现高低分带,反映出该区基底隆坳相间的格架。根据重磁异常与断裂对应关系,识别出4个构造走向和7条主要断裂,划分出Mohns脊、扬马延微陆块、东扬马延断裂带、西扬马延断裂带、Aegir脊、东扬马延深海盆地和挪威深海盆地等7个构造单元。     

气候变化对冰冻圈国家领土博弈的地缘影响

冰冻圈变化的自然过程影响着国家领土博弈地缘关系的建构。基于人地关系思想,以变化-影响-适应为主线建立气候变化影响下冰冻圈国家领土博弈的研究框架,分析自然因素对冰冻圈地缘结构的塑造和对冰冻圈国家身份-利益的建构,以及极地海权、陆权和其他地区领土博弈所形成的双多边地缘关系。研究结果：① 冰冻圈领土博弈地缘结构初步形成。理念层面,自然要素成为气候政治的力量之一,冰冻圈领土博弈体现出传统地缘逻辑;空间层面,气候变化释放极地、高山等新运筹空间,北极、南极成为大国博弈焦点;物质层面,极地海权和陆权利益是大国博弈的主要目标。② 冰冻圈国家身份-利益影响其冰冻圈地缘政治行为,其身份认同的客观基础之一是在冰冻圈分布结构的相对位置。③ 冰冻圈国家领土博弈地缘关系有“趋利”“避害”两类。“利”指为赢得极地海权、陆权,气候变化下西方大国和地区大国开始争夺南北极200海里外大陆架权属,加强极地实质性“硬、软存在”战略布局,美国和丹麦强化格陵兰岛北极战略支点作用;“害”指冰冻圈灾害引起的跨境气候移民等国家利益受损问题。     

北极海冰变化对新疆冬季气温的影响研究

利用1961年12月—2022年2月新疆冬季气温、北极海冰等资料,探讨北极海冰变化影响新疆冬季气温的物理模态、影响机制。结果表明,北极海冰的变化与新疆大部冬季气温呈正相关,北极海冰变化通过改变北半球大气高低空配置进而影响新疆冬季气温。另外,不同海区的海冰变化对新疆冬季气温的影响有显著区别：格陵兰海—丹麦海峡、拉普捷夫海—东西伯利亚海海冰异常偏多时,新疆大部冬季气温偏高。巴伦支海—喀拉海、鄂霍次克海—白令海峡、哈德孙湾—戴维斯海峡海冰异常偏多时,新疆大部冬季气温偏低。