基于MODIS数据的南极冰盖近地面气温时空格局重建研究

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南极冰盖作为地球系统中不可或缺的组成部分,在全球气候变化系统中扮演着十分重要的角色,是气候变化研究的关键区。近地面气温是南极气候系统中最基本的因子之一,其变化对南极冰盖自身以及全球各区域都有深刻影响。在全球变暖的背景下,南极地区的气候变化状况备受关注,而要了解南极冰盖气温变化的空间格局及其可能的驱动机制,高精度和时空分辨率的气温数据集是基本前提。本文基于南极冰盖119个站点气温观测资料和MODIS地表温度数据,建立了冰盖表面温度与气温的定量关系模型,生成了2000-2018年南极冰盖高分辨率(0.05°×0.05°)月气温数据产品,分析了其时空变化规律,并分析了与南半球环状模的联系。主要结论如下:(1)与气象观测站点的交叉验证结果表明:南极冰盖近地面气温重建数据产品的精度较高,解释方差超过95%,均方根误差小于4.2℃,平均误差在2℃以内。同时,通过与ERA5再分析数据的对比验证,近地面气温重建数据在横贯南极山脉、东南极冰盖的埃默里冰架沿岸、西南极冰盖的尼龙冰架沿岸以及南极半岛的北部区域表现为较大暖偏差(>4℃),而东南极冰盖主要分冰岭则表现为较大冷偏差(<-4℃);此外,夏季误差较大而春秋两季的误差较小,其中春夏两季以暖偏差为主,而秋冬两季则以冷偏差为主。(2)南极冰盖近地面气温的空间分布特征表现为南极半岛气温最高,西南极冰盖次之,东南极冰盖气温最低,且沿海地区气温高于内陆高原地区,总体呈现出与海拔高度高度相关的区域性分布规律。(3)2001-2018年,南极冰盖近地面年和四季气温变化呈现明显的空间异质性,其中秋季气温变化趋势空间分布格局与年均气温大体一致,表现为东南极冰盖30°W-5°E的科茨地到毛德皇后地和维多利亚地沿岸变暖而东南极冰盖其它区域及西南极玛丽伯德地变冷趋势。春季,显著增温主要发生在东南极高原,而西南极绝大部分区域呈现了降温趋势。冬夏两季,南极半岛均呈现增温趋势,而其它区域升温和降温趋势空间格局刚好相反。(4)南半球环状模(SAM)的正位相增强对东南极冰盖和西南极冰盖的气温均有不同程度的冷却效应(东南极冰盖的伯克纳岛和科茨地沿岸区域除外),而对南极半岛则仍是增温效应为主,其对南极冰盖近地面气温变化趋势的影响显示出了明显的区域差异。
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