北極海冰變化對北半球氣候影響研究.pdf

1、自1979年有衛(wèi)星觀測記錄以來，北極海冰面積特別是秋季海冰面積處于明顯的下降趨勢。2012年9月達(dá)到有觀測記錄以來的最低值為3.41百萬平方公里，其次是2007年9月的4.13百萬平方公里，而2013年9月比2012年同期增加了60％。本文研究了2007、2012年北極海冰達(dá)到極小值時，海冰融化區(qū)域不同的原因，以及2013年比2012年增加60％的原因。數(shù)據(jù)分析顯示，北極秋季海冰融化區(qū)域不同，與底層大氣環(huán)流和上層海洋異常場的分布密切相關(guān)

2、，冰-溫（表面氣溫和海表面溫度）和冰-汽三個正反饋機(jī)制等，5個條件共同作用，導(dǎo)致海冰融化。
　　近幾年冬季，北半球大陸地區(qū)極端天氣事件頻繁發(fā)生，凍雨、冷冬、暴雪等造成人類社會巨大的經(jīng)濟(jì)損失。結(jié)合北極秋季海冰減少，本文數(shù)據(jù)分析運(yùn)用和數(shù)值試驗(yàn)方法，研究其對北半球中緯度地區(qū)氣候變化的影響。得出，受北極秋季海冰減少的影響，東亞、北極地區(qū)冬季氣溫呈蹺蹺板結(jié)構(gòu)。冬季極區(qū)冷空氣更容易入侵東亞，造成嚴(yán)寒等極端天氣，而極區(qū)氣溫則出現(xiàn)氣候變化的“北極

3、放大效應(yīng)”;另外受北極秋季海冰減少的影響，夏季趨向變熱而冬季趨向變冷，冬、夏季溫差變大，夏季易出現(xiàn)酷暑，冬季易出現(xiàn)嚴(yán)寒等極端天氣事件;春、秋季升溫明顯，故夏季變長，春季提前進(jìn)入夏季，秋季則滯后出現(xiàn)。
　　海冰衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，不同階段北極海冰下降速度差異巨大，1996-2012年海冰平均下降速度比1979-1995年加快了近4倍。據(jù)此兩階段，本文分析了北極秋季海冰減少與北半球冬季大氣環(huán)流的關(guān)系。數(shù)據(jù)分析和數(shù)值試驗(yàn)表明，海冰下降速率不同

4、，所對應(yīng)的大氣環(huán)流模態(tài)截然不同:海冰下降慢時，西風(fēng)急流加強(qiáng)，中緯度大陸地區(qū)出現(xiàn)暖冬;海冰下降快時，中緯度位勢高度降低、西風(fēng)急流和經(jīng)向風(fēng)減弱，使極區(qū)冷空氣更加容易入侵中緯度地區(qū)，從而東亞、北美等地更易出現(xiàn)冷冬。模式結(jié)果表明，北極秋季海冰減少的影響在秋季對極區(qū)最大，減少慢時極區(qū)升溫比減少快時要強(qiáng)烈，減少快時較高緯度變冷;冬季，海冰減少的最大影響擴(kuò)展到中緯度地區(qū)，減少慢時易造成暖冬，而快時易出現(xiàn)冷冬;春季，這種影響減弱，且已移動到更低緯度;夏

5、季，新一輪海冰開始融化，極區(qū)大氣環(huán)流又發(fā)生變化，周而復(fù)始。
　　若按目前北極秋季海冰下降速度推演，將來不久北極會面臨海冰全部融化的風(fēng)險(xiǎn)。氣候模型估計(jì)北極夏季將在2030年左右無冰。基于此本文設(shè)計(jì)了北極9月無冰試驗(yàn)，研究無冰對北半球大氣環(huán)流的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，北極無冰使秋季極區(qū)氣溫明顯降低;冬季，中緯度地區(qū)氣溫升高;直到夏季，無冰對大氣環(huán)流的影響傳輸?shù)綗釒У雀途暥取１睒O海冰繼續(xù)快速融化直至無冰，北半球中緯度地區(qū)不僅在春、夏、秋三

6、季變暖，冬季的冷冬也會消失，而轉(zhuǎn)為暖冬。
　　衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，2013年秋季北極海冰沒像往年一樣繼續(xù)下降，反而比2012年同期增加了60％，而2013年冬季北美遭受了幾十年不遇的嚴(yán)寒和暴雪襲擊。通過數(shù)據(jù)分析和數(shù)值試驗(yàn)探討得知，2013年北美冷冬基本上是由于在北極秋季海冰快速下降的大背景下，2013年秋季海冰突然比2012年同期增加60％所致。北極秋季海冰變化，使北美2013年冬季位勢高度場降低、經(jīng)向風(fēng)減弱、極地寒流入侵，造成了北美冷