泛北极多年冻土及重大线性工程稳定性状况

泛北极是中国"一带一路"倡议的主要合作示范区域,已有的重大线性工程及新的基础设施建设均面临着与多年冻土相关的冻融灾害及工程病害问题.在全球气候变暖及人类活动增强的背景下,泛北极多年冻土主要呈现地温升高、活动层厚度增加趋势,且低温多年冻土地温升高更加明显,20世纪70年代以来年平均地温(MAGT)升温最高可达3℃;自北向...     

三极地区雪冰中黑碳研究进展

黑碳被认为是除温室气体外对气候变暖贡献最大的辐射强迫因子.三极(北极、南极和青藏高原)地区是全球雪冰分布最集中的区域,沉积至雪冰中的黑碳可反映人类活动的历史变化,并可能导致反照率降低而影响物质能量平衡.通过系统回顾三极地区雪冰黑碳的研究方法、空间分布、时间变化及其造成的辐射强迫,得到的研究结果表明:由于处于不同的地理位...     

2012年1月、2016年1月东亚两次极端严寒事件及其与北极增暖的可能联系

自20世纪80年代后期以来,我国频繁出现暖冬,直到2004年以后这种状况出现明显的变化,冷冬出现的频次明显增多了。在全球增暖、北极海冰减少明显的背景下,冬季极端严寒的强度非但没有减弱反而似乎还在增强,造成灾害性的影响也越发引人关注。在上述背景下,2012年1月、2016年1月在东亚发生了两次极端严寒事件。本文的目的就是通过合成和相关分析,研究这两次极端严寒事件演变的主要特征,及其与北极增暖的可能联系。这两次极端严寒事件的环流演变截然不同。对于2012年1月的极端严寒事件,海平面气压异常主要呈现由东向西传播,在演变过程中,阿留申区域海平面气压超前西伯利亚高压,因此大气环流的下游效应起主要作用。对于2016年1月的极端严寒事件,冷空气主要由西北向东南传播。两次极端事件的主要降温区域的移动路径截然不同。2012年1月冷空气爆发以后主要在亚洲大陆中、高纬度维持并向西传播,其南传影响亚洲低纬度区域明显弱于2016年的冷事件。而2016年1月的主要降温区以沿东亚向南移动为主,强降温区直接南下至热带区域。两次极端严寒事件爆发前期大气环流演变的共同点:中、高纬度区域环流能量交换活跃,表现为中纬度高度脊加强北伸,从而把较低纬度的暖空气输送至北极区域,高纬度区域对流层中层呈现多极结构。这种多极空间结构是亚洲冷空气向南爆发的重要前兆信号。冬季北极阶段性增暖过程首先是中纬度高度脊加强北伸的结果。对影响东亚的极端严寒过程,乌拉尔附近区域的高压脊以及位于北美西部的高压脊加强北上、协同演变是至关重要的。2016年1月东亚极端严寒过程与2015年12月末北极快速增暖没有必然联系。     

秋季北极海冰对EP型ENSO的非线性响应

利用1961—2015年Hadley中心逐月海表温度资料、海冰密集度资料以及NCEP/NCAR再分析资料,探讨了秋季北极海冰对于EP型ENSO事件的异常响应,并进一步研究了这种异常响应的可能原因。结果表明,秋季北极海冰对EP型ENSO的响应具有非线性,特别是喀拉海海域(60°～90°E,70°～80°N)海冰无论在EP型El Ni?o或是La Ni?a位相,均表现为显著的负异常。进一步研究发现,不同ENSO位相造成该区域海冰异常偏少的机制有明显不同。EP型El Ni?o年秋季菲律宾附近海域对流活动被抑制,所激发的经向波列在高纬地区形成异常反气旋环流,其南风分量向喀拉海输送暖平流,造成海冰异常偏少。而EP型La Ni?a年喀拉海海域则主要受到来自大西洋开放性海域西风异常的影响,合成结果和个例年均显示EP型La Ni?a年秋季北大西洋上空存在一个显著的西风急流中心,有利于北大西洋开放性海域较暖海水向下游输送,进而影响喀拉海海冰。这些结果表明,热带外地区大气环流场对EP型ENSO的非线性响应导致了喀拉海海冰对EP型ENSO事件的响应也表现出明显的非线性。     

美国北极地区能源开发政策演变

随着全球气候变暖,各国对北极能源的开发愈发重视。美国北极地区的能源储量巨大,但鉴于美国的北极战略核心是国家安全、环境保护和国际合作,其能源开发相对滞后。2013年奥巴马政府出台了《北极地区国家战略》,开始对北极能源开发予以特别关注。特朗普政府执政期间,加强了对北极近海油气能源开发的支持力度。2021年拜登总统上任后,美国的北极能源政策以气候变化为核心,意在推动北极地区的绿色发展。美国的北极能源开发始终面临着法律、资金、技术、环保等各种问题的制约,这也决定了美国北极地区能源开发的复杂性和长期性。我国宜通过制定北极能源合作开发战略,重视北极等极寒地区绿色技术的应用和研发,推动与美国在北极地区气候变化和能源转型的合作,深化国际协作与交流,积极参与北极治理等举措,促进我国对北极能源资源的开发利用。     

北极苔原新奥尔松地区的地表辐射特征

利用我国北极黄河站所在地,德国Koldewey站1993-2003年的资料,对新奥尔松地区的地表辐射特征进行了初步分析。结果表明,由于云的影响,新奥尔松极昼期间的日照百分率仅为32.2%。暖季由于下垫面地表冰雪融化,地表反射率迅速减小,地面吸收辐射和地面有效辐射都迅速增大。全年累计的净辐射为正值;暖季是接受太阳辐射能的主要时段,寒季接受的太阳辐射能极少。虽近10年来新奥尔松地区的气温增加十分显著,但各辐射量的变化趋势不明显。地表辐射实测值与同期NCEP/NCAR相邻格点逐日资料的比较表明,NCEP资料对各辐射项模拟的精度不高。     

Middle-high latitude N2O distributions related to the Arctic vortex breakup

The relationship of N2O distributions with the Arctic vortex breakup is first analyzed with a probability distribution function （PDF） analysis. The N2O concentration shows different distributions between the early and late vortex breakup years. In the early breakup years, the N2O concentration shows low values and large dispersions after the vortex breakup, which is related to the inhomogeneity in the vertical advection in the middle and high latitude lower stratosphere. The horizontal diffusion coefficient （Kyy） shows a larger value accordingly. In the late breakup years, the N2O concentration shows high values and more uniform distributions than in the early years after the vortex breakup, with a smaller vertical advection and Kyy after the vortex breakup. It is found that the N2O distributions are largely affected by the Arctic vortex breakup time but the dynamically defined vortex breakup time is not the only factor.     

巴芬湾西部和格陵兰岛东部大气经向热量输送协同变化对夏季北极海冰的影响

利用欧洲中心气候再分析资料和美国国家冰雪数据中心北极海冰面积资料,分析了夏季北极海冰面积与前期大气经向热量输送年际变化的联系。结果表明：6月北半球中高纬大气的经向热量输送以瞬变热量形式为主,其中巴芬湾西部（B区）和格陵兰岛东部（G区）是瞬变热量向极区传输的两个通道,二者之间存在反位相的协同变化,且这种协同变化与夏季北极海冰面积变化密切相关。可能的机制为：6月,AD、AO和NAO三种北极大气环流型能够引起巴芬湾西部和格陵兰岛东部瞬变热量输送的协同变化,这种协同变化通过涡旋动力作用激发夏季极区大气表现为AD异常,同时影响途经区域的气温,从而通过热动力作用影响夏季北极海冰。将向极区输送的热量称为暖输送,从极区输出的热量为冷输送,则上述两个区域的瞬变热量协同输送可分为三种情况：B暖G冷、B冷G暖、B和G均冷,而B和G均暖的情况十分罕见。当B区向极区输入、G区输出热量时,有利于太平洋扇区和喀拉海的海冰偏少;当G区输入、B区输出热量时,利于喀拉海和拉普捷夫海海冰偏少;当B区和G区均输出热量时,利于波佛特海南部、喀拉海和拉普捷夫海海冰偏多,反之则相反。     

微型近红外光谱仪测量北极积雪覆盖海冰内部太阳辐照度可行性研究

The extremely low temperature, high humidity and limited power supply pose considerable challenges when using spectrometers within the Arctic sea ice. The feasibility of using a miniature low-power near-infrared spectrometer module to measure solar radiation in Arctic sea ice environments was investigated in this study.Temperature and integration time dependences of the spectrometer module were examined over the entire target operating range of –50℃ to 30℃, well below the specified operating range of this spectrometer. Using these observations, a dark output prediction model was developed to represent dark output as a function of temperature and integration time. Temperature-induced biases in the saturation output and linear operating range of the spectrometer were also determined. Temperature and integration time dependences of the signal output were evaluated. Two signal output correction models were developed and compared, to convert the signal output at any temperature within the operating temperature range and integration time to that measured at the reference temperature and integration time. The overall performance of the spectrometer was evaluated by integrating it into a refined fiber optic spectrometry system and measuring solar irradiance distribution in the ice cover with thickness of 1.85 m in the Arctic during the 9th Chinese National Arctic Research Expedition. The general shape of the measured solar irradiance above the snow surface agreed well with that measured by other commercial oceanographic spectroradiometers. The measured optical properties of the sea ice were generally comparable to those of similar ice measured using other instruments. This approach provides a general framework for assessing the feasibility of using spectrometers for applications in cold environments.     

北极冰下水声通信中改进的最小均方/四次方直接自适应均衡器

本文提出了一种适用于北极冰下水声通信的最小均方/四次方直接自适应均衡器（LMS/F-DAE）。它能处理基带复信号,与LMS相比,具有更好的均衡效果。考虑到均衡器的稀疏特性,在其代价函数中加入自适应范数（AN）作为约束。它能根据均衡器系数的大小自适应变化：对于小系数,此约束项存在以加快收敛速度;对于大系数,此约束项不存在以减小均衡误差。利用第九次中国北极科学考察得到的实验数据验证AN-LMS/F-DAE的性能。结果表明,与传统的LMS/F-DAE相比,AN-LMS/F-DAE能提升均衡器的稀疏性且均衡性能更优。