北极海冰消融对秋冬季欧亚大陆气温的影响及其可能机理
本文关键词：北极海冰消融对秋冬季欧亚大陆气温的影响及其可能机理
【摘要】：北极海冰作为全球的冷源在气候系统中发挥着重要的调制作用。近几十年来,在全球变暖的背景下,北极海冰急剧消融,并引发了北极的剧烈增暖和一系列气候变化。本文利用多种观测和再分析资料,并结合数值模拟,研究了海冰消融对秋冬季欧亚大陆温度的影响及其机制。首先从海冰减少导致北极局地增温的季节特征入手,分析了近年来北极增暖的季节特征及其与海冰消融之间的关系,明确了海冰消融造成北极增温最显著的两个季节是秋季和冬季：进而分析了秋季和冬季紧邻北极的欧亚大陆近10年来的温度变化特征,并分别研究了其与秋冬季海冰消融之间的关系。在此基础上,研究了前期秋季海冰在年代际和年际两种时间尺度上影响欧亚大陆冬季温度的不同区域和机制,并对比了前期秋季和同期冬季海冰对冬季欧亚大陆温度的不同影响,指出了秋季海冰影响冬季欧亚大陆温度的两种途径。主要结论如下：(1)北极海冰消融和北极增暖具有显著的季节特征。其中夏季和秋季的海冰减少趋势分布于北冰洋边缘的大部分地区；春季和冬季的海冰减少趋势主要位于新地岛附近的巴伦支海和喀拉海。近几十年来北极的显著增温在秋季和冬季最为显著,夏季的增温不显著。此外,在秋季和冬季,北极海冰减少与北极增温的区域分布非常一致,而在夏季二者则无显著联系。这主要是因为对于低空大气而言,海水在夏季是冷源,而在秋冬季是热源。海冰的减少和开阔水面的增加在夏季的作用是使得海水吸收更多的大气热量,而在秋冬季的作用则是使得海水向大气释放更多的热量。夏季海水吸收的热量延迟至秋冬季释放到大气中,这种延迟放热机制是北极在秋冬季增温显著而夏季增温不显著的主要原因。(2)近10年北极增温最显著的季节是秋季和冬季,在紧邻北极的欧亚大陆也是秋季和冬季的温度变化最显著,而其中秋季表现为年代际升温,冬季则表现为年代际降温。冬季欧亚的年代际降温与冬季北极海冰的年代际减少有显著联系。冬季北极海冰的年代际减少造成的北极增暖使得极地和大陆之间的温度梯度减弱,进而导致由大西洋吹往欧亚大陆的暖湿气流减弱；在气压场方面,冬季海冰的减少可以造成大陆低空的西伯利亚高压加强以及中高层北极上空的位势高度正异常和贝加尔湖上空的位势高度负异常。这些变化使得北大西洋输送到大陆的热量减少,而北极的冷空气则容易南下入侵造成大陆的低温天气。秋季北极海冰减少的作用主要是使得秋季的北极局地增暖,其与大陆的年代际升温并无显著联系。(3)前期秋季北极海冰与欧亚大陆冬季温度在年代际和年际两种时间尺度上的联系存在显著区别。整个北极秋季海冰的年代际减少与欧亚大陆冬季的年代际降温都有显著联系；而在年际尺度上,影响欧亚大陆冬季温度的秋季海冰主要分布在巴伦支海、喀拉海和拉普捷夫海西部(30°-120°,75°N-85°N)的关键区内。全区北极海冰年际指数与冬季欧亚温度的联系不显著。关键区海冰偏少导致的高度场异常呈典型的NAO负位相分布,北大西洋吹向欧亚大陆的暖湿气流显著减弱和欧亚大陆北风的加强导致欧亚大陆中高纬地区温度偏低。(4)前期秋季海冰影响欧亚大陆冬季温度有两条途径：一是可以通过海冰的持续性影响冬季的海冰异常,进而激发北极暖一大陆冷的第一模态；二是独立于冬季海冰影响类似于NAO负位相的第二模态；能够激发第二模态的秋季海冰主要集中在30。E-120°E,75°N-85°N的关键区内,整个北极地区秋季海冰的年代际减少不能激发第二模态,对冬季气温的影响也很微弱。
【关键词】：北极海冰消融 北极放大 季节特征 欧亚冷冬
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P461.2
【目录】：
- 摘要6-8
- Abstract8-11
- 第一章 绪论11-27
- 1.1 研究目的和意义11-12
- 1.2 国内外研究进展12-18
- 1.2.1 北极海冰的季节循环、消融现状和未来预估12-13
- 1.2.2 海冰消融的可能原因13-15
- 1.2.3 北极增温与海冰消融的关系15-16
- 1.2.4 北极海冰消融对欧亚大陆冬季气温的影响16-18
- 1.3 问题的提出18-19
- 1.4 本文研究内容19-20
- 参考文献20-27
- 第二章 资料方法和模式27-33
- 2.1 所用资料27
- 2.2 方法介绍27-28
- 2.3 模式介绍28-31
- 2.3.1 控制试验的设计和敏感试验初值的生成28-29
- 2.3.2 敏感试验的海冰和海温29-31
- 参考文献31-33
- 第三章 北极海冰消融和北极增温的季节差异及其联系机制33-49
- 3.1 引言33-34
- 3.2 资料方法34
- 3.3 北极海冰减少的季节特点34-36
- 3.4 北极海冰减少对北极增温的影响36-43
- 3.4.1 北极增温的季节特征36-39
- 3.4.2 海冰减少影响北极温度的季节特征39-43
- 3.5 数值模拟研究43-45
- 3.6 小结与讨论45-46
- 参考文献46-49
- 第四章 近10年秋冬季欧亚大陆温度的年代际变化及其与海冰消融的联系49-65
- 4.1 引言49-50
- 4.2 近10年与前20年北半球温度差异的季节特征50-52
- 4.3 冬季欧亚大陆年代际降温与冬季北极海冰减少的关系52-56
- 4.3.1 冬季海冰与欧亚低温的联系52-53
- 4.3.2 可能机制53-56
- 4.4 秋季欧亚大陆年代际升温与北极海冰消融和北极升温的关系56-61
- 4.5 小结与讨论61-62
- 参考文献62-65
- 第五章 秋季北极海冰与欧亚冬季气温在年代际和年际尺度上的不同联系65-85
- 5.1 引言65-66
- 5.2 资料方法66
- 5.3 秋季全区北极海冰在两种尺度上对EAA冬季温度的不同影响66-68
- 5.4 EAA地区冬季气温与秋季北极海冰在年代际和年际尺度上的不同联系68-77
- 5.4.1 EAA地区冬季气温的年代际和年际变化特征68-70
- 5.4.2 秋季北极海冰与冬季欧亚温度在年代际尺度上的联系70-73
- 5.4.3 年际尺度上影响冬季欧亚温度的海冰关键区73-77
- 5.5 小结与讨论77-78
- 参考文献78-85
- 第六章 前期秋季北极海冰影响冬季欧亚温度的两个途径85-99
- 6.1 引言85-87
- 6.2 秋冬季北极海冰的持续性对欧亚大陆冬季天气的影响87-90
- 6.2.1 秋冬季海冰的持续性87-88
- 6.2.2 秋冬季海冰对冬季欧亚气温两个主要模态的影响88-90
- 6.3 秋冬季海冰异常对冬季欧亚温度的不同影响90-93
- 6.4 数值模拟研究93-96
- 6.4.1 秋冬季北极海冰的不同影响93-95
- 6.4.2 秋季关键区与全区海冰的不同影响95-96
- 6.5 小结与讨论96-97
- 参考文献97-99
- 第七章 结论和展望99-105
- 7.1 结论99-101
- 7.2 创新点101-102
- 7.3 展望102
- 参考文献102-105
- 读博期间发表论文和获得奖励105-107
- 已完成论文105
- 获得奖励105-107
- 致谢107
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本文编号：758985
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