来源:中国科学院海洋研究所 发布时间:2023/7/11 10:19:17
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气候变暖背景下,北极海冰变化机制研究获新进展

 

近年来,北极增暖速度是全球平均变暖速率的2-4倍,这对北半球气候变化产生了重要影响。但目前的研究对于北极海冰变化的物理机制缺乏深入了解,现有模式对北极海冰变化结果预测仍存在较大偏差。中国科学院海洋地质与环境重点实验室黄海军研究团队通过对卫星和再分析资料的分析,从不同时空尺度揭示了北极海冰的变化机制,相关研究成果于近期发表在国际学术期刊Journal of Climate和JGR-Atmospheres。 

研究团队尝试从天气尺度出发,基于SOM聚类技术获取了北极水汽输运空间分布,阐明了中纬度水汽进入北极通道的四个关键通道,并进一步揭示了北极海冰对水汽变化的响应过程与具体物理机制。研究发现,气旋将增强水汽输运与汇聚过程,这会引起向下长波辐射和湍热通量的增加,从而可导致冬季不同海域海冰范围的显著减少。该项研究为深入理解北极地区大气-海冰-海洋的相互作用机制奠定了基础 (Liang et al., 2023)。 

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根据SOM技术获取的北极向极水汽输运通道的空间分布 (Liang et al., 2023)

不同通道水汽输运导致的大气辐射量异常(DL: downward longwave radiation, NL: Net longwave radiation, LH: Latent heat flux, SH: Latent heat flux, positive for downward direction)

北极海冰消融对不同通道水汽输运的响应(海冰密集度数据源自NSIDC) 

另一项研究中,研究团队从大尺度大气环流的角度,深入分析了大气驱动北极夏季海冰变化的物理机制。研究人员揭示了一种新的大气环流模式(Barents—Beaufort Oscillation,BBO)对北极海冰的影响及机理。研究表明,春季时期BBO正相位模式(BBO+)主要通过动力机制对夏季海冰的快速融化产生促进作用。深入分析发现,中纬度大洋年代际变化(AMO和PDO)相位的更迭,对BBO+极端事件的发生具有重要的调制作用,这解释了2000年之后北极春季BBO+频繁发生和北极太平洋扇区的海冰覆盖加速减少的现象(Bi et al., 2023)。同时,该研究所揭示的夏季海冰消融机制为确定海冰快速减少驱动北冰洋酸化现象提供了佐证。  

北极大气环流模式(BBO,即EOF分析第三模态)(a)及其春季(3-5月)指数的时序变化(b) 

BBO处于不同相位时期北极太平洋扇区海域海冰厚度变化情况

BBO处于不同相位时期对北极海冰的动力学机制。图示彩色渲染结果为海冰运动引起的聚散和剪切机制差异,即(BBO+)-(BBO-)

以上研究的主要作者为中国科学院海洋所梁钰博士、黄海军研究员、毕海波副研究员,中国海洋大学陈显尧教授,中国极地研究中心雷瑞波研究员。研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目支持。 

文章信息: 

[1] Y. Liang, H.Bi*, R. Lei,T. Vihma,and H. Huang (2023). Atmospheric latent energy transport pathways into the Arctic and their connections to sea ice loss during winter over the observational period. Journal of Climate.  https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0789.1     

[2] Bi, H., Liang, Y., & Chen, X. (2023). Distinct role of a spring atmospheric circulation mode in the Arctic sea ice decline in summer. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128, e2022JD037477. https://doi.org/10.1029/2022JD037477 

(原标题:海洋所气候变暖背景下的北极海冰变化机制研究获新进展)

 
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