巴芬湾海冰输出及气旋的调控机制研究

• Main Author: 梁钰
• Other Authors: 黄海军
• Format: Other/Unknown Material
• Language: Chinese
• Published: 2020
• Subjects: 地球科学::海洋科学; 工学::环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）; National Snow and Ice Data Center; Sea ice
• Online Access: http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/164732

在全球变暖和北极放大的大背景下，作为重要的气候指示因子，海冰的储量和覆盖范围对北极地区的反照率、大气与海洋之间的通量交换、淡水循环以及全球温盐环流具有重要的调控作用。研究海冰的变化及影响因素具有重要的科研意义。海冰输出是控制北极海冰储量变化的重要动力因素，受到大气强迫的控制作用，气旋是北极重要的局地大气活动形式，与北极海冰输出通量的变化密切相关。 本文利用美国冰雪数据中心（National Snow and Ice Data Center, NSIDC）提供的每日平均海冰运动数据和每日海冰密集度数据以及来自于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF）的气象数据集（ERA-Interim），对1979/1980-2017/2018年通过巴芬湾三个关键通道的海冰输出面积通量进行了估算，并利用一种气旋的自动识别和追踪算法提取了近四十年来北半球中高纬度（30°N-90°N）的气旋中心位置及运动轨迹，统计了气旋系统相应的特征要素（生命周期、强度、运行速度及距离、加深率和半径）。开展近四十年以来（1979至今）的北极地区气旋活动和海冰输出通量变化规律研究；探讨北极气旋活动对巴芬湾海冰输出的调控机制。 研究结果发现，1979/1980-2017/2018年巴芬湾三个关键通道的海冰面积输出通量（sea ice area flux, SIAF）具有明显的季节变化、年际变率和长期趋势。6月至10月每天的SIAF非常小，在寒冷的月份开始大幅增加，在1月或者2月达到最大值，且呈现出明显的年代际变率，2000年来每日SIAF明显高于2000年之前，每月海冰输出面积通量具有较大的年际波动。研究时段内，巴芬湾三个通道的年（10月至次年9月）平均SIAF分别为：242×103 km2（NG），-1.7×103 km2（LS）和247×103 km2（SG），冬季（12月至次年3月）的输出平均占年度输出总量的70%以上，年际波动性较大。从长期趋势来看，冬季北部两个通道附近表现出显著的海冰漂移速度增加趋势，使得这两个通道的冬季SIAF具有显著的增加趋势（北部通道的年度海冰输出通量亦逐年增加）。南部通道无论是年度还是冬季的SIAF都未呈现明显趋势。 此外，1979/1980-2017/2018年期间，北半球中高纬度地区冬季和夏季发生的绝大部分气旋系统的生命周期约为1到7天，平均有效半径大小为300 km-650 km，运动距离主要在4000 km以内，运动速度小于100 km/h。巴芬湾及周边海域气旋的位置及特征要素的分布具有空间不均匀性。巴芬湾内部70°N左右、其南部的戴维斯海峡海域和格陵兰岛东部为气旋的高发地区，这些区域也是气旋频繁生产和消亡的位置。气旋轨迹密度最大的区域从北美东部海域向东北延伸至冰岛西南部。较强的气旋主要分布在戴维斯海峡延伸到拉布拉多海一带以及北欧海。相对来说，巴芬湾北部的气旋强度相对较低。近四十年来研究区域发生的总气旋中心数目具有明显的增长趋势，但不同的区域气旋数目的趋势不同。 最后，根据案例分析和总体研究发现，气旋运动过程中可能持续对巴芬湾的海冰运动及覆盖面积产生作用，进而导致海冰输出面积的变化。同时也发现气旋对巴芬湾海冰输出的调控作用具有空间依赖性，无论是长时间尺度还是短时间尺度，冬季巴芬湾南部通道的海冰面积输出较大时，格陵兰岛东侧的气旋中心数目较多，而巴芬湾岛西部气旋中心较少。从气旋强度角度来说，关键区域位于巴芬岛及东部（80°W-60°W，60°N-70°N）和南部拉布拉多半岛及周围海域（70°W-50°W，40°N-60°N），此处冬季平均气旋强度较低的年份，巴芬湾SG处冬季的海冰输出面积通量增大。深入的分析表明，气旋发生常常伴随着强烈的风异常，对海冰表面施加机械力的作用，从而改变海冰的运动特征，促进海冰在海洋表面的重新分布。在研究气旋对海冰面积输出造成的影响时，由于冬季时开阔水域可以较快地重新冻结，气旋经过几天后海冰密集度恢复到其初始值，冻结和融化在海冰覆盖变化中起到的作用很小，因此气旋对海冰面积输出通量所造成的影响主要是动力学作用造成的。