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近年来将渤海海冰作为淡水资源加以开发利用,为解决我国北方地区淡水短缺问题提供新的淡水资源已成为资源开发利用领域研究的新动向之一。然而,20世纪末中国气候出现的明显变暖现象使气候变暖成为众多科学家公认的事实,在这种气候背景下,渤海冬季气温是否有逐年升高的趋势,渤海海冰是否会逐年减少,将渤海海冰作为淡水资源加以开发利用的研究是否还有必要继续进行等问题丞待解决;另一方面,海冰开采对开采区域的天气及区域气候是否造成影响,影响程度如何,至今尚不清楚。
因此,本文首先分析了环辽东湾地区冬季平均气温与渤海海冰面积的相关关系,利用环辽东湾地区冬季平均气温年变化规律推得渤海海冰面积的年变化规律,并对产生这种年变化规律的影响因素进行了初步分析,结论如下:
(1)在气候周期和ElNino/LaNina事件等主要自然因素影响下,1960-2007年间48a环辽东湾地区冬季平均气温年变化呈现明显的两段分布:1989-2007年间19a环辽东湾地区冬季平均气温较1960-1988年间29a升高1℃以上。其中,1989-2007年间19a环辽东湾地区冬季平均气温的年变化趋势较为缓和,冬季增温现象不明显。根据极地和高纬地区的日食与厄尔尼诺有很好的对应关系,预测出2007/2008年冬季渤海为冰情偏重年;2008/2009年冬季渤海为冰情偏轻年。经验证,2007/2008年冬季渤海冰情预测结果与实际基本相符。
(2)1960-2007年间48a渤海海水结冰日数年变化呈现明显的两段分布:1989-2007年间19a渤海海水平均结冰日数较1960-1988年间29a,减少18d。由此推得1960-1988年间29a冬季渤海海冰面积大于1989-2007年间19a冬季渤海海冰面积。
(3)1960-2007年间48a渤海海水结冰初始日年变化趋势较为平缓,而结冰终止日的年变化呈两段分布:1989-2007年间19a平均结冰终止日较1960-1988年间29a提前14天左右。1960-1988年间29a和1989-2007年间19a渤海海冰面积达到最大值的平均日期分别为2月22日和2月8日。
在以上结论的基础上,本文利用2005年1月15日至2月14日NCEP再分析资料和MODIS卫星反演海冰分布资料及中尺度大气模式POLARMM5对2005年冬季渤海区域进行气候模拟。根据MODIS卫星反演海冰资料,对模式运行区域下垫面的渤海海冰进行不同方案的开采,模拟其对渤海及周边地区冬季气候的影响,得到如下主要结论:
(1)在模式能力验证中,中尺度大气模式POLARMM5模拟的辽宁省冬季30天平均温度场和30天平均海平面气压场与实况分布型大致相似,模拟能力较高。而对辽宁省冬季30天平均风速和30天平均24h降水量场的模拟结果不理想。
(2)分别将MODIS卫星反演的海冰面积分布数据和来自初始场的SST数据作为模式POLARMM5的下边界条件代入模式进行渤海及周边地区的气候模拟,结果表明:采用SST数据的控制试验Ⅰ与采用MODIS卫星反演的海冰面积分布数据的控制试验Ⅱ除对辽东湾的气温模拟结果差异较明显外,其余结果基本一致。
(3)将MODIS卫星反演海冰分布数据作为模式POLARMM5的下边界条件,通过改变下垫面海冰分布状况,模拟冬季部分开采和极端开采海冰后,渤海及周边地区的气候变化,结果表明:即使采取极端开采方案取走所有海冰,也只对开采区域和大连少部分地区冬季气候有所影响,而对我国其他邻海省份的气候环境没有明显的影响。