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大气所揭示热带外海表温度对北极海冰面积变化的潜在影响

大气所揭示热带外海表温度对北极海冰面积变化的潜在影响

  近年来,北极海冰的变化受到各国学者的广泛关注;其变化的原因也引起学术界的激烈讨论。中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心的李菲、王会军和郜永祺利用观测资料诊断和数值模拟相结合的方法,揭示了热带外海表温度(ET-SST)对北极海冰面积(ASIC)变化的潜在影响,并分析了其中的可能机制。这一研究发表在Journal of Climate上。

  早期研究表明,大气环流的变化(如北极涛动),来自大西洋或者太平洋的海洋热传输,局地辐射过程,以及通过弗拉姆海峡的海冰运输,都可能导致在年际尺度上ASIC的变化。然而,近年来,尽管北极涛动强度没有明显的趋势变化,同时,20世纪90年代末之后冬季全球变暖停滞,但是ASIC仍持续减少。该研究指出,热带外海表温度的变化可能在北极海冰变化过程中起到越来越重要的作用。

  观测结果显示,1994-2013年冬季ET-SST和ASIC存在显著的正相关关系(R=0.5)。相对于一个ET-SST PC1正(负)标准差,巴伦支-喀拉幸运飞艇海和哈德逊湾(巴芬湾和白令海)海冰面积减少(增加)100-400km2。这一关系的维持可能是由于热带外海洋增暖对极涡的影响。北太平洋和北大西洋中纬度海温正异常(40°N附近)使得行星波向赤道的传播加强,同时高纬度海温负异常使得对流层低层行星波向平流层的传播减弱。前者表明向极地的经向扰动动量通量加强,后者表明向极地的扰动热量通量减弱,这有利于对流层高层极夜急流和极涡的加强。因此,气旋性环流异常出现在北极东部地区,通过平均经向热通量输送,改变ASIC。此外,该研究还探讨了ET-SST和ASIC相关关系长期变化的可能原因。

  论文信息:Fei Li, Huijun Wang, and Yongqi Gao, 幸运飞艇 2015: Extratropical Ocean Warming and Winter Arctic Sea Ice Cover since the 1990s. J. Climate, 28, 5510–5522.

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  图:1994-2013年12-2月(a)北极海冰面积(ASIC)和(b)热带外海温(ET-SST) EOF1模态;(c)标准化的ASIC(黑线)和ET-SST(蓝线)PC-1;(d)标准化的ASIC PC-1(黑线),巴伦支-喀拉海海冰面积(蓝线)和白令海海冰面积(红线)。




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