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冰向
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1 北极海冰快速减少对北半球冬季气候的影响黄建斌地球系统科学研究中心 / 全球变化研究院 2013 年 4 月 29 日

2 CONTENTS 北极海冰研究北极海冰的重要性北极放大效应北极海冰快速减少对气候的影响未来北极海冰的变化小结

一北极海冰与南极海冰不同, 北极海冰四周由陆地环绕, 与北大西洋和北太平洋相连 ; 北极海冰占海洋面积的 1.7-3.

3 一北极海冰与南极海冰不同, 北极海冰四周由陆地环绕, 与北大西洋和北太平洋相连 ; 北极海冰占海洋面积的 %; 3 月北极海冰面积最大,, 冬季能达到 1500 万平方公里,9 月北极海冰面积最小, 只有 300 多万平方公里 ;

4 一北极海冰北半球海冰最南能达到 38ºN 的中国渤海, 到赤道比到北极近 700 公里 ; 南半球海冰最北到 55ºS; 与淡水相比, 海水在接近冰点时密度增大 ; 因此, 接近结冰时, 海水下沉, 与淡水结冰相比, 海水结冰速度更慢 ; 海冰冰点 -1.8 ;

5 一北极海冰影响北极海冰运动 : 风, 洋流, 科氏力, 冰的内部压力, 海面倾斜风驱动北极海冰环流主要模态 :Beaufort Gyre ( 顺时针 ) 和 Transpolar Drift Stream;

6 一北极海冰返照率不同 ( 海洋海冰积雪 ), 从而影响辐射平衡 ; 阻缘体, 影响海气相互作用 ; 冰的相变影响热量交换和存储 ; 影响海洋环流 - 热盐环流 ; 热力和动力影响气候 ;

7 一北极海冰返照率不同 ( 海洋海冰积雪 ), 从而影响辐射平衡 ; 阻缘体, 影响海气相互作用 ; 冰的相变影响热量交换和存储 ; 影响海洋环流 - 热盐环流 ; 热力和动力影响气候 ;

8 二北极海冰重要性直接影响到当地的生态系统和居民的生活甚至生存 ;

9 二北极海冰重要性北极海冰的融化, 从而有利于资源的开采 ; 北极理事会 (8 国 );

10 二北极海冰重要性北极海冰的消融, 有利于开发新的航道 ; 对中国来说有更为特殊的意义 ; 早在 16 世纪欧洲人就开始探索北极航道, 直到 20 世纪初才得以成功 ;

11 三北极放大效应 Arctic Amplification Effect Global Temperature Anomalies Trend( ) = 0.16 /10a ( ) wrt Temperature Anomalies in Arctic ( ) wrt Trend( ) = 0.07 /10a 3 倍

12 三北极放大效应海洋环流 ; 大气环流 ; 云盖 ; 水汽 ; 海冰减少 ;

13 三北极放大效应海洋环流 ; 大气环流 ; 云盖 ; 水汽 ; 海冰减少 ;

三北极放大效应地表气温变化趋势, 1989-2008 DJF MAM 趋势最强在近地面 (950 1000 hpa); 北极地区

14 三北极放大效应地表气温变化趋势, DJF MAM 趋势最强在近地面 ( hpa); 北极地区 (70-90ºN), 冬春夏秋变暖速率分别为 1.6, 0.9, 0.5 and 1.6 /10a ; JJA SON (Screen et al. 2010)

三北极放大效应海冰变化引起的地表气温变化趋势, 1989-2008 海冰在 1989-2008 减少趋势为冬 :-2.6%, 春 :-1.4%, 夏 :- 5.

15 三北极放大效应海冰变化引起的地表气温变化趋势, 海冰在减少趋势为冬 :-2.6%, 春 :-1.4%, 夏 :- 5.8%, 秋 :-7.9%/10a; 与实际温度趋势一致, 说明北极放大效应主要由于 icetemperature 正反馈 ; DJF JJA MAM SON (Screen et al. 2010)

16 三北极放大效应 Temperature Heat Amplification of warming Ice melt Albedo Energy absorption

三北极放大效应空气湿度变化趋势, 1989-2008 June - October 水汽在夏秋季 (JJA-SON) 也起到正的贡献,

17 三北极放大效应空气湿度变化趋势, June - October 水汽在夏秋季 (JJA-SON) 也起到正的贡献, 但是水汽的增加主要由于海冰的融化造成的 ; Total Trends JJA Linked to sea ice SON (Screen et al. 2010)

18 四北极海冰快速减少的影响 2007/ /2011 连续四年北半球遭遇寒冬和暴风雪 2007/2008 中国南方遭遇暴雪和冬雨肆虐 36 年里最冷的冬天 2009/2010 美国东南遭遇暴雪创 25 年记录

19 四北极海冰快速减少的影响冬季温度异常 2007/2008 winter: Northwestern North America Central Asia Central and southern China 2008/2009: Northwestern North America Northern Asia England 2009/2010: North America Northern Eurasia 2010/2011: Southeastern North America Northern Eurasia

四北极海冰快速减少的影响暴风雪 2007-2008 2008-2009 2007/2008 winter: Northwestern North America Central Asia Central and southern China 2008/2009: Northwestern North

20 四北极海冰快速减少的影响暴风雪 /2008 winter: Northwestern North America Central Asia Central and southern China 2008/2009: Northwestern North America Northern Asia England 2009/2010: North America Northern Eurasia 2010/2011: Southeastern North America Northern Eurasia (Liu et al. 2010)

21 四北极海冰快速减少的影响在全球变暖的大背景下, 北极地区由于极地放大效应, 温度迅速上升, 但是近年来, 北半球连续遭受严寒和暴风雪的袭击, 科学家将这样的现象称为暖海洋冷大陆 ; 这种现象与我们的直觉完全不同, 这也常常引起人们对气候变暖的质疑, 为什么全球变暖我们还如此频繁遭遇严寒袭扰? 这吸引了科学家的注意!

22 四北极海冰快速减少的影响 2007/ /2011 连续四年北半球遭遇暴风雪和严寒的袭击 ; 研究认为可能原因有 : 海温 : 热带海温 El Nino, 北太平洋中部海温 ; 大气 :AO,NAO; 北极海冰快速减少?

23 四北极海冰快速减少的影响北极海冰的变化海冰密集度 ( sea ice concentration) 每个格点海冰比列 ; 海冰范围 (sea ice extent) 海冰密集度 >15% 的所有格点面积 ; 海冰面积 (sea ice area) 所有格点面积 X 海冰密集度之和 ;

24 北极海冰的变化近 30 年, 北极海冰各月的面积范围都在减少 Sea Ice Extent 四北极海冰快速减少的影响

25 四北极海冰快速减少的影响北极海冰的变化北极海冰厚度变薄, 多年冰减少

26 四北极海冰快速减少的影响北极海冰的变化北极海冰体积显著减少 Andy Lee Robinson

27 四北极海冰快速减少的影响北极海冰的变化近四年北极海冰的快速减少 Arctic Sea Ice Extent Jan. Jul. Dec.

28 四北极海冰快速减少的影响秋季海冰通过 AO 作用北半球冬季气候 B A AO B A

29 四北极海冰快速减少的影响秋季海冰通过 AO 作用北半球冬季气候 B 2009/2010 年的 AO 处于 1824 年以来的最低位置

30 四北极海冰快速减少的影响秋季海冰通过 AO 作用北半球冬季气候 B 由于夏秋季海冰融化, 使得冬季北极地区气压升高, 从而使得 AO 减弱, 处于负位相 ; AO 负位相将导致纬向西风气流减弱, 从而使得经圈环流加强, 有利于冷空气溢出极地 ; A AO 的可预报性只有两周, 如果是秋季海冰决定了 AO 的变化, 那么就可以通过海冰来预报冬季气候, 从而延长预报时间 ;

31 四北极海冰快速减少的影响秋季海冰通过 AO 作用北半球冬季气候 B 由于夏秋季海冰融化, 使得冬季北极地区气压升高, 从而使得 AO 减弱, 处于负位相 ; AO 负位相将导致纬向西风气流减弱, 从而使得经圈环流加强, 有利于冷空气溢出极地 ; A AO 是的可预报性只有两周, 如果是秋季海冰决定了 AO 的变化, 那么就可以通过海冰来预报冬季气候, 从而延长预报时间 ;

32 四北极海冰快速减少的影响海冰通过类 AO 的环流变化影响冬季气候 Arctic Sea Ice Extent Potential cause for increase of snow cover Jan. Jul. Dec. (Liu et al. 2010)

33 四北极海冰快速减少的影响海冰通过类 AO 的环流变化影响冬季气候北半球冬季积雪对秋季北极海冰线性回归 ; 秋季海冰面积每减少 1 百万平方公里, 北半球积雪增加地区降雪将增加 3-12%; % (Liu et al. 2010)

34 四北极海冰快速减少的影响海冰通过类 AO 的环流变化影响冬季气候 SLP Sea ice 冬季海平面气压 (SLP) 对秋季海冰的减少与 AO 的响应, 在空间上十分相似, 但仍存在差异 ( 纬向对称性 ) 以及年际变率 ; SLP AO 地表气温对秋季海冰减少和 AO 的响应在空间上也相似, 同样存在明显的区别 ( 北美 ) ccr = 0.28 (Liu et al. 2010) SAT Sea ice SAT AO

美国西北部 ); 中低纬寒冷事件增加 20-60%; 冬季纬向风对秋季海冰的回归垂直截面图, 符号 X(-1)

35 四北极海冰快速减少的影响海冰通过类 AO 的环流变化影响冬季气候秋季海冰的减少将导致中纬度西风减弱 ~ 20%; 经向环流加强 ; 秋季海冰的减少将北半球阻塞增加 20-60%( 东欧, 中西伯利亚, 南阿拉斯加, 美国西北部 ); 中低纬寒冷事件增加 20-60%; 冬季纬向风对秋季海冰的回归垂直截面图, 符号 X(-1) 秋季海冰减少引起阻塞 (A) 和寒冷事件 (B) 发生的增加 (%), 符号 X(-1) (Liu et al. 2010)

36 四北极海冰快速减少的影响海冰通过类 AO 的环流变化影响冬季气候秋季海冰的减少将使得水汽在晚秋 - 早冬, 东 / 北欧, 西伯利亚远东地区, 西阿拉斯加水汽明显增加 ; 到了冬季 (Dec.-Jan.) 水汽增加区域转到北美 ; Nov.-Dec. Dec.-Jan. 秋季海冰减少引起晚秋水汽 (C) 和冬季水汽 (D) 变化 (%), 符号 X(-1) (Liu et al. 2010)

37 五未来北极海冰变化模式低估了北极海冰的下降强度 ; 最新估计, 未来北极海冰还将加速减少, 到 s 北极海冰夏季将消失 2012

38 六小结在全球变暖的大背景下, 由于极地放大效应 ( 冰雪正反馈 ), 北极地区温度上升速度达全球平均的 3 倍 ; 近 30 年来, 北极各个月份的海冰 ( 范围, 面积, 厚度以及体积 ) 都有明显的下降趋势 ; 其中秋季海冰减少最为迅速 ; 2007 年 9 月海冰面积下降剧烈, 其只有年的 40%,2012 年 9 月海冰再创新低记录, 相对 2007 年又减少了 17%;

39 六小结 2007/2008 年及其后四个冬季, 北半球大陆遭遇极端寒冷和暴风雪的侵袭, 科学家称这种现象为暖海洋冷大陆, 研究认为北极秋季海冰骤减起到重要作用 ; 当前对海冰如何作用冬季气候的过程还存在争议, 但是北极秋季海冰骤减将减弱北半球冬季西风环流, 加强经向环流, 有利于极地冷空气南下, 这将产生全球变暖, 却常见寒冷的冬季未来北极海冰还将加速消融, 这使得未来寒冷冬季频发成为可能, 因此还需进一步研究海冰快速减少如何作用气候?

南京气象学院学报第卷

南京气象学院学报第卷 Ò Ò 潘敖大孙照渤在对长江中下游夏季降水进行分型的基础上分析了长江流域南北两支雨带与春季太平洋海温的相关关系并采用大气环流模式对前期海温进行了敏感性试验结果表明赤道东太平洋区域的海温异常对两支雨带夏季降水有重要影响海温正异常时南支雨带旱北支雨带不明显海温负异常时南支雨带涝北支雨带旱前期赤道东太平洋海温强迫可以在北半球对流层激发出遥相关波列并影响长江流域南北两支雨带的旱涝分布