AD1289以来北极巴伦支海-喀拉海秋季海冰范围的重建

筛选了北极地区巴伦支海-喀拉海(B-K海)周边陆地及岛屿上的冰芯和树轮资料,保留对该海域海冰范围(SIE)指代意义强的代用资料,分别采用普通最小二乘回归法(权重综合序列回归和普通多元回归)、主成分回归法和偏最小二乘回归法重建了B-K海1289~1993年秋季SIE序列,并与近几十年观测结果进行检验和续接.通过模型的统计参数对不同方法的结果进行评估和对比,剔除偏差较大的普通多元回归法,对其余方法的结果用解释方差做权重合成,最终得到一条稳健性更高的序列.结果表明:13世纪末期到18世纪末期, B-K海秋季SIE处于高位振荡的状态,且整体有小幅上升趋势,反映了小冰期(LIA)气候背景下该海域SIE显著的多年代际变化特征.从18世纪末期开始,该海域SIE开始减小,在19世纪中后期减小趋势非常显著,并一直持续到20世纪30~40年代,该阶段是B-K海SIE的相对低值期. 20世纪40~70年代,该海域SIE有所回升,但在20世纪70年代后又进入一个快速退缩期,并一直持续至今. 18世纪后期以来, B-K海SIE退缩程度无论在持续时间还是速率上,都是过去700多年来前所未有的,这很有可能与工业革命以来人类活动的影响有关. 20世纪70年代之后是SIE退缩最显著的时期,其减小速率是之前平均的6.18倍, 20世纪70年代后北极SIE很可能是近千年来的最低值.     

基于CMIP6气候模式的新疆积雪深度时空格局研究

积雪深度的变化对地表水热平衡起着至关重要的作用。选用了国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中目前情景比较齐全的五个全球气候模式,通过对比新疆地区1979—2014年积雪深度长时间序列数据集,评估了气候模式在新疆地区模拟积雪深度的模拟能力,接着预估了未来不同SSPs-RCPs情景下新疆地区在2021—2040年（近期）、2041—2060年（中期）、2081—2100年（末期）相对于基准期（1995—2014年）的积雪深度变化。气温和降水对积雪深度变化有着重要的影响,因此还分析了新疆地区到21世纪末期气温和降水的变化趋势。结果表明：订正后的气候模式模拟的积雪深度数据与观测数据的相关系数均达到0.8以上,其中1月至3月与观测数据的结果更为吻合。气候模式基本上能够反映积雪深度年内变化的基本特征,气候模式模拟的积雪深度空间分布和观测数据具有相似的特征。气温和降水在未来不同情景下均会波动上升,其中气温的增幅相对比较明显,达0.43 ℃·（10a）^-1,而降水的增幅为0.63 mm·（10a）^-1,新疆未来的气候总体上呈现出变暖变湿的趋势。新疆地区的平均积雪深度在未来不同时期相对基准期均呈增加的趋势。SSP1-1.9情景下,21世纪近期、中期和末期北部大部分地区的积雪深度将会有所增加;SSP1-2.6情景下,北部阿尔泰山地区的积雪深度在21世纪近期有所减小,但中期和末期将会有所增加;SSP2-4.5情景下,21世纪不同时期东部地区的积雪深度将会有所增加,北部和中部大部分地区在不同时期积雪深度将会变小;SSP3-7.0情景下,21世纪不同时期北部和西南地区的积雪深度将会普遍变小,东部地区的积雪深度将普遍增加;SSP4-3.4和SSP4-6.0情景下,21世纪不同时期西南昆仑山地区的积雪深度将会普遍变小,东部地区的积雪深度将普遍增加;SSP5-8.5情景下,北部阿尔泰山地区和东部地区的积雪深度将普遍增加。     

北冰洋80°～85°N浮冰区对流层大气的垂直结构

利用2008年夏季中国第3次北冰洋考察所获取的GPS探空资料对北冰洋(79°～85.5°N,144°～170°W)浮冰区对流层大气的垂直结构进行了研究.结果表明:北冰洋浮冰区对流层中部大气的平均温度递减率为6.47℃/km;对流层顶高度为8.0～10.7 km,平均为9.3 km,对流层顶温度为-59.4～-43.5℃...     

东南极冰盖Princess Elizabeth地区LGB69冰芯化学记录反映的南印度洋过去300 a大气环流变化

利用2002年中国南极考察期间在东南极冰盖Princess Elizabeth地区钻取的LGB69冰芯, 对其海盐离子与大气环流的关系进行了分析. 结果表明: 冰芯主要化学离子的经验正交函数(EOF)分解的第一特征向量(EOF1)可以作为描述海盐气溶胶的传输强度的代用指标, 可用于表征南印度洋准定常低压带海平面气压(SLP)的变化. 冰芯最近23 a(1979-2001年)的记录与SLP和低层风场的相关模态反映了海平面气压场准半年振荡(SAO)和南极大陆边缘下降风的季节特征. LGB69冰芯很好地记录了1708-2001年间南半球环状模(SAM)的变化特征, Na⁺时间序列呈现的3.5 a周期变化与SAM的周期变化具有很好地一致性. 在1970年SAM转为正位相后, 其与Na⁺的相关关系也由负相关转为正相关. LGB69冰芯的海盐离子可以作为重建过去近300 a海平面气压场和SAM变化的代用指标.     

南极中山站至Dome A考察断面湍流参数特征近地层湍流参数特征

利用南极中山站至Dome A考察断面上3个自动气象站2005～2007年的观测资料和2008年夏季在中山站附近冰盖获取的湍流观测资料,应用空气动力学方法和涡动相关法计算分析了中山站至Dome A断面上近地层各种湍流参数(感热通量,潜热通量,湍流温度、湿度和速度尺度,地表粗糙度,大气稳定度及动量输送系数)的季节变化、日变...     

海冰覆盖度变化下北冰洋海浪研究进展

北冰洋地区海浪的生成和发展会受到海冰范围变化的显著影响。本文介绍了近年来基于浮标、潜标和走航观测,以及卫星遥感和数值模拟等方法开展的不同海冰覆盖度下北冰洋海浪的研究进展,包括海冰覆盖区海浪的传播机制等。北冰洋夏季开阔海域的平均有效波高可达3 m,在风暴期间,波弗特海有效波高可达5 m。除大西洋一侧,夏季北冰洋大部分海域海浪活动在过去几十年呈增强趋势,其中楚科奇-波弗特海有效波高增长趋势为1~3 cm/a。这一趋势主要是由海冰范围减少导致的风区增大和风暴的频率、强度增加共同导致的。基于CMIP5多模式集的预估结果显示,相比历史时期(1979—2005年),21世纪末(2081—2100年)北冰洋有效波高将以3 cm/a的速率持续增长,其中北冰洋中心地区东部海域增长最为明显。海浪活动增多会在消融期通过海浪-海冰正反馈机制促进海冰的消融。在沿岸地区,增多的海浪会加速海岸带侵蚀,促进沿岸冻土的崩解。极端海浪事件还会威胁航运安全。未来研究需基于更多的现场观测,加深对海冰范围和厚度变化影响下海浪的生成、发展、传播、衰减机制的认识,进一步提高冰区海浪模拟和预估水平。     

北极阿拉斯加春季积雪中汞的时空分布及其来源分析

开展北极雪冰中汞分布特征及其来源的探究,不仅可以丰富冰冻圈汞生物地球化学循环的认识,而且对评估北极环境中汞的潜在暴露风险具有现实意义。在2017年4月至5月对美国阿拉斯加的积雪进行大范围样品采集,探讨了该区域积雪中汞的空间分布特征及其成因、汞的沉降后过程以及潜在来源分析。研究表明：积雪中汞的空间分布受大气汞亏损事件（AMDEs）及人为源的共同影响,毗邻北冰洋海岸（如巴罗）积雪中总汞（THg）浓度较高,接近人为源的山地表层雪中THg浓度较高。巴罗雪坑中THg浓度随深度增加呈下降趋势。积雪中主要阴阳离子与THg的相关性分析表明,阿拉斯加积雪中THg的空间分布可能主要受北冰洋海盐气溶胶以及人类活动的影响。     

2008年夏季北冰洋海冰表面积雪特征初步分析

运用中国第三次北极考察期间观测的积雪资料, 分析了夏季北冰洋中心海域海冰表面积雪的空间分布特征. 结果表明: 积雪在垂直分布上呈现6种粒雪状态, 表层到底层依次为新降雪、风板、冰片、深霜、冻结状粗雪和渗浸冻结冰层, 积雪表面常被新降雪或厚度为2～3 cm的风板所覆盖. 考察区域积雪的平均密度为(304.01±29.00)kg·m^-3, 表层密度略低于次表层, 遵循雪的密实化原理. 积雪厚度, 雪水当量和新降雪皆具有由南向北递减的空间分布特征, 表明在海冰消融末期, 积雪的气候态分布主要是由降水量的多少决定的, 积雪的消融和蒸发并非海冰表面积雪评估需考虑的首要因素. 雪温随深度的增加而增加, 具有明显的垂直梯度, 观测区积雪表面的平均温度为(-2.01～±0.96)℃, 比海冰/积雪界面的温度高得多.     

基于多种机器学习及其堆叠式集成方法的月尺度北极海冰预测研究北大核心CSCD

北极海冰范围退缩已对区域和全球气候变化、北极通航性乃至地缘政治格局产生了深远影响,开展北极海冰预测具有重要意义。本文使用美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的海冰密集度、海冰冰龄遥感资料以及ERA5再分析资料,结合前人研究和海气耦合模式结果选择预测参量方案,开展了月尺度的海冰冰情预测。比较了支持向量机(SVR)、深度森林(DF)、LightGBM (LGB)、XGBoost(XGB)和CatBoost (CAT)等5种机器学习算法和以树模型LGB、XGB和CAT作为基模型,以贝叶斯回归、岭回归、套索回归和深度森林作为元模型的4种堆叠式集成学习模型,以及深度神经网络(DNN)、卷积神经网络(CNN)、时空卷积网络(ConvLSTM)3种深度学习模型在2000年测试集上对海冰范围和密集度空间分布的预测效果。结果表明:在海冰密集度预测中,ConvLSTM表现最优,套索堆叠集成学习模型预测效果次之。集成学习模型相较于三种单一树模型在预测效果上有约1%~4%的提升。在海冰范围预测中,堆叠式集成学习模型的预测效果最好。本研究为开展机器学习海冰预测奠定了重要基础。