气候模式对北极海冰变化及其对大气环流影响的模拟评估

发布时间：2020-06-07 05:23

【摘要】：北极海冰面积自20世纪90年代以来,正在经历空前的快速减退。在此背景下,海冰变化对大气环流的反馈机制也逐渐被发现证实。大部分气候模式的模拟结果再现了观测显示的海冰减退趋势,但是模式间模拟结果仍存在极大的分散性。本文对参加第五阶段全球耦合模式对比计划(CMIP5)的30个气候模式对北极海冰的模拟情况进行评估。我们综合考虑了北极海冰的线性趋势以及海冰异常,并着重强调巴伦支海和喀拉海(BK)地区对大气反馈的重要作用,建立了一套合理的评估方法来量化模式对海冰的模拟能力。模式根据评估结果被分为三组,三组模式集合平均结果在气候态季节循环、海冰线性趋势、海冰去趋势异常上均存在显著差异,证明了我们评估体系的合理性。通过对模式自身参数的对比,分析了模式间海冰模拟能力差异的可能原因。结果表明,模式采用的不同平流层臭氧数据来源可能对模式模拟海冰的能力产生一定的影响。我们对CMIP5模式模拟北半球热带外大气环流主模态——北极涛动(AO)的能力也进行了评估。结果显示,所有模式都基本能再现AO模态的三极型结构及纬向风南北反位相结构,但对AO活动中心的位置和强度的模拟仍与观测有一定差距。对观测数据分析显示,冬季(12-2月)北极涛动对前期10-11月BK地区海冰变化有显著的响应。而对CMIP5模式数据分析结果显示,大多数气候模式不能模拟出这种大气对BK海冰快速变化的响应。对少数能模拟出这种大气反馈机制的模式进行分析发现,只要模式能准确模拟10-11月BK地区海冰异常,则模式模拟AO的能力显著提高。因此,气候模式对北半球大气环流的模拟能力在一定程度上取决于其模拟BK海冰的能力。
【图文】：

示意图,北极,范围,示意图

１．１北极海冰和大气的研究意义逡逑北极地区指的是以北极点为中心、北极圈以内的地区，主要包括北冰洋及其逡逑岛屿、北美洲、亚洲和欧洲的北部的地区（图１－１邋，逡逑ｈｔｔｐｓ：／／ｄ３２ｏｇｏｑｍｙａｌｄｗ８．ｃｌｏｕｄｆｒｏｎｔ．ｎｅｔ／ｆｉｌｅｓ／ｃｌｅａｎ／ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ／ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ／ｃｌｉｍａｔｅ２０逡逑１２／ａｒｃｔｉｃ＿ｓｅａ＿ｉｃｅ＿ｉｃｅ－ａｌｂｅｄｏ．ｖ２．ｐｐｔ）。其中海洋面积为１８５０万平方公里，陆地（包逡逑括岛屿和大陆）面积７９０万平方公里。北冰洋的中心区域常年处于有冰状态，每逡逑年３￣４月，覆冰面积达到最大，约占北半球面积的５％；每年８－９月，覆冰面积逡逑最小，约为３＿４月的３／４［１由于海洋暖流的影响，北极一带的温度在夏季很短时逡逑间里可达１－３°Ｃ。在漫长的冬季，北极的温度在零下３５°Ｃ至零下４0°Ｃ。逡逑北极海冰是海洋生态系统和冰冻圈的重要组成部分，其对北极气候有重要影逡逑响。北极海冰能通过调节表面反照率、湍流热通量和动量通量对北半球高纬度海逡逑气界面能量收支起到调控作用［２］。海冰的迅速减少对大气产生的直接热力反馈效逡逑应包括：对流层低层增暖、水汽含量增大，大气静力稳定度降低以及大气向极的逡逑厚度梯度减小［３

海冰面积,季节循环,年气候,模式

ｇｒｏｕｐ邋ＩＩ邋？邋（ｃ）邋Ｓａｍｅ邋ａｓ邋（ａ），ｂｕｔ邋ｆｏｒ邋ｇｒｏｕｐ邋ＥＬ逡逑为进一步探宄气候态海冰面积的空间分布，我们计算了每个经度格点上的海逡逑冰面积，，并画出各组３月和９月的气候态海冰面积经向分布图（图３－２）。在３月逡逑（图３－２ａ），三组模式集合海冰面积在东半球在６０°Ｅ－２４０°Ｅ范围内（包括Ｋａｒａ，逡逑Ｌａｐｔｅｖ，邋Ｅａｓｔ邋Ｓｉｂｅｒｉａｎ，邋Ｂｅｒｉｎｇ和Ｂｅａｕｆｏｒｔ海区）与观测结果的吻合度非常高。但逡逑在西半球其他经度范围，三组差异明显。组Ｉ总体表现比其他两组好得多，尤其逡逑在邋Ｇｒｅｅｎｌａｎｄ邋Ｓｅａ，邋Ｎｏｒｗｅｇｉａｎ邋Ｓｅａ邋和邋Ｂａｒｅｎｔｓ邋Ｓｅａｓ邋地区。组邋ＩＩ邋ＭＭＥＭ邋高估了这些逡逑地区的海冰面积，组ＩＩＩ则高估的更明显。但在哈德孙区域，几乎所有模式都明显逡逑低估了海冰面积。而在９月份，三组模式ＭＭＥＭｓ差距更大，特别是组ＩＩＩ模拟逡逑ＳＩＡ的结果与观测的差距要比３月份明显的多（图３－２ｂ）。组Ｉ和组ＩＩ各经度地逡逑区的模拟结果都比较接近，而组ＩＩＩ的ＭＭＥＭ则极大地高估了北极大部分地区的逡逑海冰面积
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P731.15;P434

【参考文献】