东西伯利亚沿岸冰间湖季节性和年际性变化及其关键影响因素分析

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在海冰覆盖着的海洋,冰间湖作为海洋、大气和海冰之间复杂相互作用的结果,是在一系列复杂的过程中产生和维持的。北极冰间湖作为北极高盐度陆架水的重要来源,关系着北极盐跃层的维持,而盐跃层作为上下层海水热量交换的隔绝层,对北极海冰的保持意义重大。同时,冰间湖作为薄冰覆盖或开阔水域,直接与大气接触,是热量散失剧烈的区域,影响区域的热量和质量平衡。东西伯利亚沿岸是东北航道上的一个重要区域,其冰间湖对当地的动力和热力学过程、海冰的生产以及海洋生态系统都有重要意义。在北极冰间湖的形成和维持机制的研究中,显示冰间湖通常不是由一种因素决定的,而是地理、大气、洋流、潮汐等各种因素综合作用的结果。本文针对东西伯利亚沿岸冰间湖,根据AMSR-E遥感数据,对冰间湖面积变化进行对比分析,且对不同反演方法,以及不同海冰类型数据情况下的冰间湖进行了对比分析,进一步利用了风场以及热通量和冰间湖的相关性分析这两个关键因素对冰间湖的影响。首先,被动微波遥感因为其不被云和雾干扰的优点,以及全天候的特点,能够提供连续的海冰观测数据。本文利用2003-2011年1-4月AMSR-E卫星数据集,包括36Ghz的海冰密集度、89Ghz的海冰密集度以及这两个波段上的亮温数据,并结合前人的方法,得出两个波段上的海冰厚度。将研究区域划分为6个区域,并对4种冰间湖数据进行比较,分别是基于海冰密集度中6.25km和12.5km分辨率的数据以及海冰厚度中两种分辨率的数据,即6.25km-IC、12.5km-IC、6.25km-h和12.5km-h。四套数据以及不同子区域的冰间湖面积存在显著差异。基于海冰厚度数据得出的冰间湖范围明显大于基于海冰密集度。两种海冰厚度情况下的冰间湖面积相近,高分辨率数据要比低分辨率数据大3.5%。而同种分辨率,不同海冰类型下的数据差异就较大,较高分辨率海冰厚度情况下的冰间湖比同样分辨率海冰密集度情况大118.95%。另外,虽然基于不同数据得出的冰间湖面积差异较大,但是在冰间湖的变化特征上保持一致。除东西伯利亚海和楚科奇海的交接处较为特殊以外,东西伯利亚海冰间湖的面积最大值出现在1月份且年际变化不明显,研究区的楚科奇海区冰间湖最大值为四月且年际波动较大。在冰间湖面积的基础上,利用欧洲中期预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的风场数据分析离岸风以及沿岸风对冰间湖的影响。从相关性分析中可以看出,冰间湖离岸风以及沿岸风的影响较大,且高分辨率海冰密集度和高分辨率海冰厚度情况下的冰间湖面积对风速的敏感度很相近。风场对冰间湖的影响在不同的区域以及不同的时期也有很大的差异。相较于和离岸风的相关性,在东西伯利亚海的一些区域,不同风向的风和冰间湖的相关性差异较为明显,冰间湖对风向更为敏感,风向是更为重要的影响因素。而阿拉斯加海的大多区域对离岸风和沿岸风的相关性差别不明显,此处冰间湖与风场的相关性和此处的风向关系不大,风速则是更为重要的影响因素。在分析大气中关键影响因素对冰间湖的影响后,又结合AO-FVCOM模式提供的热通量数据来分析海洋中热通量对冰间湖的影响。和风场相关性相似,高分辨率海冰密集度和高分辨率海冰厚度情况下的冰间湖面积对热通量的敏感度相近。热通量和冰间湖的相关性在在不同的区域以及不同的时期变化较大,且在一些月份热通量和冰间湖并不存在相关关系。总体上,海水热通量对冰间湖的影响小于离岸风和沿岸风对冰间湖的影响。最后分析了四套AMSR-E数据下相关性的区别,与高分辨率(6.25km)的AMSR-E数据相比,粗分辨率(12.5km)AMSR-E数据也适用于冰间湖区域,大气和海洋因素对冰间湖影响的研究。并且在之后的海水热通量,体积通量以及海水温度的对比分析中发现,2003-2011年1-4月研究区热通量是由体积通量决定的。综上所述,对于AMSR-E遥感数据,不同的海冰产品以及不同分辨率得到的冰间湖面积有很大的差异。风场和冰间湖面积相关性较高,风场对冰间湖的影响较为显著,热通量和冰间湖的相关性较低,研究区冰间湖受热通量的影响也较小。
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