论文部分内容阅读
本文采用美国冰雪中心以及欧洲哈德莱数据中心的海冰密集度数据，详细分析了1979年至2012年34年间北极海冰的变化特征。研究结果表明，北极海冰正在经历着一个快速变化的过程，海冰覆盖范围整体呈现减少趋势，但存在两次年代际转型，主要变化特征分为三个阶段：①1979年~1996年，②1997年~2006年，③2007年~2012年。第一阶段海冰线性减少趋势相对较小，年际振荡振幅适中；进入1997年之后，北极海冰快速减少，其线性减少趋势达到之前的三倍以上，但年际振荡振幅很小；在2007年之后，北极海冰线性减少趋势不显著，但振幅急剧增加。空间上，海冰变化中心区域逐渐由边缘海区向北极中央海区扩展。与此同时，季节变化特征明显改变：融冰开始时间提前，结冰时间推后，融冰期时间延长，季节振荡加剧。此外，随着北极整体海冰的减少，北极中央区海冰近些年来也呈现出不断减少的趋势。通过数值试验分析大气对于北极海冰快速变化的异常响应，我们发现：随着北极海冰的逐渐减少，会引起北极局地明显的升温现象，同时导致局地海平面气压降低，而中纬度地区海平面气压场升高。而海冰的变化还会直接影响到北极涛动（AO）和偶极子型（DA）的改变。从模式结果来看，随着北极海冰的逐渐减少，北极涛动逐渐向正位相偏转，同时极端AO发生频率增加，平均强度增大。这有可能导致中高纬度大气振荡加剧，极端天气现象发生概率增加。为研究未来北极海冰的变化特征，综合考虑北极海冰的变化特征，采用四个独立的指标描述模式对海冰的模拟性能，建立了一套全新的模式评价标准，从31个含有海冰模块的第五次耦合模式比较计划（Coupled Model IntercomparisonProject Phase5，CMIP5）模式结果中筛选出6个能够很好地模拟出北极海冰历史变化特征的数值模式，并以此为基础，研究未来北极海冰的变化特征。结果表明，北极海冰最早可能在2040年之前达到夏季无冰现象，即所有多年冰消失，全部转化为一年冰，同时海冰范围变化的振幅急剧增加。在极端情况下（RCP8.5情境），至本世纪末，融冰期由目前的每年7月中旬开始10月结束转变为每年4月开始次年1月结束，融冰时间延长近200天。同时，北极海冰变化也由边缘海区向北极中央海区扩展，到本世纪末，海冰变化的中心区域可能位于北极点附近。同时，根据模式结果预测，未来的北极涛动有向正位相转变的倾向。