海洋所在氣候變暖背景下的北極海冰變化機(jī)制研究中獲新進(jìn)展
近年來(lái),北極增暖速度是全球平均變暖速率的2-4倍,這對(duì)北半球氣候變化產(chǎn)生了重要影響。但目前的研究對(duì)于北極海冰變化的物理機(jī)制缺乏深入了解,現(xiàn)有模式對(duì)北極海冰變化結(jié)果預(yù)測(cè)仍存在較大偏差。中科院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃海軍研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)衛(wèi)星和再分析資料的分析,從不同時(shí)空尺度揭示了北極海冰的變化機(jī)制,相關(guān)研究成果于近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Climate和JGR-Atmospheres。
研究團(tuán)隊(duì)嘗試從天氣尺度出發(fā),基于SOM聚類(lèi)技術(shù)獲取了北極水汽輸運(yùn)空間分布,闡明了中緯度水汽進(jìn)入北極通道的四個(gè)關(guān)鍵通道,并進(jìn)一步揭示了北極海冰對(duì)水汽變化的響應(yīng)過(guò)程與具體物理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),氣旋將增強(qiáng)水汽輸運(yùn)與匯聚過(guò)程,這會(huì)引起向下長(zhǎng)波輻射和湍熱通量的增加,從而可導(dǎo)致冬季不同海域海冰范圍的顯著減少。該項(xiàng)研究為深入理解北極地區(qū)大氣-海冰-海洋的相互作用機(jī)制奠定了基礎(chǔ) (Liang et al., 2023)。
根據(jù)SOM技術(shù)獲取的北極向極水汽輸運(yùn)通道的空間分布 (Liang et al., 2023)

不同通道水汽輸運(yùn)導(dǎo)致的大氣輻射量異常(DL: downward longwave radiation, NL: Net longwave radiation, LH: Latent heat flux, SH: Latent heat flux, positive for downward direction)

北極海冰消融對(duì)不同通道水汽輸運(yùn)的響應(yīng)(海冰密集度數(shù)據(jù)源自NSIDC)
另一項(xiàng)研究中,研究團(tuán)隊(duì)從大尺度大氣環(huán)流的角度,深入分析了大氣驅(qū)動(dòng)北極夏季海冰變化的物理機(jī)制。研究人員揭示了一種新的大氣環(huán)流模式(Barents—Beaufort Oscillation,BBO)對(duì)北極海冰的影響及機(jī)理。研究表明,春季時(shí)期BBO正相位模式(BBO+)主要通過(guò)動(dòng)力機(jī)制對(duì)夏季海冰的快速融化產(chǎn)生促進(jìn)作用。深入分析發(fā)現(xiàn),中緯度大洋年代際變化(AMO和PDO)相位的更迭,對(duì)BBO+極端事件的發(fā)生具有重要的調(diào)制作用,這解釋了2000年之后北極春季BBO+頻繁發(fā)生和北極太平洋扇區(qū)的海冰覆蓋加速減少的現(xiàn)象(Bi et al., 2023)。同時(shí),該研究所揭示的夏季海冰消融機(jī)制為確定海冰快速減少驅(qū)動(dòng)北冰洋酸化現(xiàn)象提供了佐證。

北極大氣環(huán)流模式(BBO,即EOF分析第三模態(tài))(a)及其春季(3-5月)指數(shù)的時(shí)序變化(b)

BBO處于不同相位時(shí)期北極太平洋扇區(qū)海域海冰厚度變化情況

BBO處于不同相位時(shí)期對(duì)北極海冰的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。圖示彩色渲染結(jié)果為海冰運(yùn)動(dòng)引起的聚散和剪切機(jī)制差異,即(BBO+)-(BBO-)
以上研究的主要作者為中科院海洋所梁鈺博士、黃海軍研究員、畢海波副研究員,中國(guó)海洋大學(xué)陳顯堯教授,中國(guó)極地研究中心雷瑞波研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)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
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