七月大气环流对南极海冰异常的响应

本文用一个全球大气九层谱模式，模拟了七月份南极两个不同海区海冰区异常对大气环流的影响。主要讨论了大气环流对南极海冰异常存在的局地性的及全球性的响应。细致分析了二个区域极冰异常导致的南北半球低频波列分布的差异，以及它们对热带区域及亚洲季风区降水、越赤道气流的不同影响。最后则依据我们的模拟结果，讨论了南极海冰异常影响全球大气环流的动力学机制。     

南半球大气环流,南极海冰对广西区前汛期降雨的影响

利用南半球５００ｈＰａ和海平面气压网格点资料和南极海水资料,对广西前汛期降雨作了相关计算和初步分析,认为澳大利亚高压、马斯克林高压、南太平洋高压在前汛期不同时期起着季风分量和季风变异源的作用。指出,前汛期南半球海平面气压距平场特征和南极罗斯海方向海冰北界距平对广西区前汛期雨情有预示作用。     

南半球大气环流、南极海冰对广西区前汛期降雨的影响

利用南半球５００ｈＰａ和海平面气压网格点资料和南极海水资料,对广西前汛期降雨作了相关计算和初步分析,认为澳大利亚高压、马斯克林高压、南太平洋高压在前汛期不同时期起着季风分量和季风变异源的作用。指出,前汛期南半球海平面气压距平场特征和南极罗斯海方向海冰北界距平对广西区前汛期雨情有预示作用。     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

南极海冰变异对华南后汛期旱涝的影响

应用逐月南极海冰北界资料和南半球海平面气压场资料,研究了南极海冰变异对华南后汛期旱涝的显著影响作用和可能机理,认为：南极总海冰、威德尔海海冰冰长期和罗斯海海冰最大面积的变异对后汛期的作用最为显著。９月罗斯海海冰最大面积变化与次年７～９月西太平洋副高关系密切,副高在海冰与后汛期关系中起重要纽带作用。后汛期旱涝可能是南极海冰变异产生的全球短期气候效应的结果之一     

华南后汛期降雨与南极海冰变异和南半球大气环流异常的关系

利用１９７３￣１９８９年南极海冰北界资料研究海冰变异对华南不同区域后汛期降雨的影响。认为,华南后汛期降雨与南极海冰和南半球大气环流间存在遥相关显著性。分析海洋与南半球大气环流,副高、热带气旋、南亚高压等系统间的相关关系表明,海冰变异是通过影响这些系统,而对后汛期降雨产生影响作用的,其中上年９月罗斯海海冰、７月全南极海冰和威德尔海海冰的作用更明显,当年１月低纬气旋烽和前期南美深对流区强弱与广西后汛期     

华南后汛期降雨与南极海冰变异和南半球大气环流异常的关系

利用１９７３～１９８９年南极海冰北界资料研究海冰变异对华南不同区域后汛期降雨的影响,认为：华南后汛期降雨与南极海冰和南半球大气环流间存在遥相关显著性。分析海冰与南半球大气环流、副高、热带气旋、南亚高压等系统间的相关关系表明,海冰变异是通过影响这些系统,而对后汛期降雨产生影响作用的。其中上年９月罗斯海海冰、７月全南极海冰和威德尔海海冰的作用更明显。当年１月低纬气旋数和前期南美深对流区强弱与广西后汛期降雨关系显著。     

南极海冰与南半球大气环流关系的初步探讨

本文利用１９７３—１９８２年南极海冰北界资料，分析了南极海冰平均北界（海冰范围）的变化及其与南半球大气环流变化间的联系。１９７６年前，南极海冰平均北界偏北（海冰范围扩大），而１９７７年－１９８０年，南极海冰平均北界偏南（海冰范围缩小）。与此相对应，这两个时期的南半球大气环流具有明显不同的特点。在南极海冰平均北界偏北、海冰范围扩大时期，南极高压和绕极低压带偏弱，南半球中高纬度地区槽脊位置偏西，南印度洋和南大晒洋副热带高压偏弱，南太平洋副热带西凤减弱、中纬度西风加强，而南太平洋副热带高压和印度尼西亚低压带发展，南方涛动处于正位相阶段；在南极海冰平均北界偏南、海冰范围缩小时期，则相反。分析表明，南方涛动与南极海冰之间存在相互联系，并以南极海冰超前南方涛动约２个月时的关系最好，其次是南极海冰落后南方涛动４个月。     

南极地区温度和海冰的变化特征及相互关系

对南极地区温度和海冰的时空变化特征及相互关系进行的初步研究结果表明:近30余年来南极地区有显著的变暖趋势，时空差异比较明显。 其中以南极半岛地区的变暖趋势最大，为整个东南极沿岸增温率的2～3倍。近20年来，整个平均的南极海冰和温度的变化趋势相反，年际变化的相关关系不显著。经过聚类分析划分出不同的气候区，能清楚地显示出某些区两者的关系。海冰与同区沿岸温度距平相关信号最强区在南大西洋至西南太平洋海域。     

Greenland Ice Sheet Contribution to Future Global Sea Level Rise based on CMIP5 Models简

Sea level rise （SLR） is one of the major socioeconomic risks associated with global warming. Mass losses from the Greenland ice sheet （GrIS） will be partially responsible for future SLR, although there are large uncertainties in modeled climate and ice sheet behavior. We used the ice sheet model SICOPOLIS （Simulation COde for POLythermal Ice Sheets） driven by climate projections from 20 models in the fifth phase of the Coupled Model Intercomparison Project （CMIP5） to estimate the GrlS contribution to global SLR. Based on the outputs of the 20 models, it is estimated that the GrIS will contribute 0-16 （0-27） cm to global SLR by 2100 under the Representative Concentration Pathways （RCP） 4.5 （RCP 8.5） scenarios. The projected SLR increases further to 7-22 （7-33） cm with 2~basal sliding included. In response to the results of the multimodel ensemble mean, the ice sheet model projects a global SLR of 3 cm and 7 cm （10 cm and 13 cm with 2~basal sliding） under the RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios, respectively. In addition, our results suggest that the uncertainty in future sea level projection caused by the large spread in climate projections could be reduced with model-evaluation and the selective use of model outputs.     

Albedo of coastal landfast sea ice in Prydz Bay,Antarctica: Observations and parameterization

The snow/sea-ice albedo was measured over coastal landfast sea ice in Prydz Bay, East Antarctica(off Zhongshan Station)during the austral spring and summer of 2010 and 2011. The variation of the observed albedo was a combination of a gradual seasonal transition from spring to summer and abrupt changes resulting from synoptic events, including snowfall, blowing snow, and overcast skies. The measured albedo ranged from 0.94 over thick fresh snow to 0.36 over melting sea ice. It was found that snow thickness was the most important factor influencing the albedo variation, while synoptic events and overcast skies could increase the albedo by about 0.18 and 0.06, respectively. The in-situ measured albedo and related physical parameters(e.g., snow thickness, ice thickness, surface temperature, and air temperature) were then used to evaluate four different snow/ice albedo parameterizations used in a variety of climate models. The parameterized albedos showed substantial discrepancies compared to the observed albedo, particularly during the summer melt period, even though more complex parameterizations yielded more realistic variations than simple ones. A modified parameterization was developed,which further considered synoptic events, cloud cover, and the local landfast sea-ice surface characteristics. The resulting parameterized albedo showed very good agreement with the observed albedo.     

适应极地快速变化海冰模式的研发与挑战

极地海冰是地球气候系统的重要组成部分,也是气候环境变化的指示器和放大器.极地海冰复杂的多尺度物理过程和极地观测资料的匮乏,给海冰模式的研发带来了巨大的挑战.在过去的半个多世纪中,大气-海冰-海洋的复杂相互作用和冰内物理过程在海冰模式中的数学描述取得了重大的进展,但海冰模式对一些重要物理过程的描述仍很不完善,尤其是近年来...     

1981—2018年中国东北地区秋冬季霾日变化及其与北极海冰的关系

利用中国东北地区1981—2018年166个地面气象观测站资料,定义了中国东北地区秋冬季霾日指数,分析了年际尺度上该地区霾日数与同期大气环流异常的内在关系。结果表明：中国东北地区秋冬季霾日指数存在显著的年际变化特征,欧亚—太平洋遥相关型(Eurasia-Pacific Teleconnection Pattern, EUP)负位相、东亚大槽偏弱等大气环流异常配置导致中国东北地区秋冬季霾的发生频次增加。巴伦支海与喀拉海北部海域是影响中国东北地区秋冬季霾日年际变化的海冰关键区,该区域海冰面积与霾日数呈显著负相关,北极海冰通过改变大气环流间接影响中国东北地区秋冬季霾日发生频次,当北极海冰异常偏少时,东亚冬季风偏弱,近地面风速偏低,环境湿度偏高,中国东北地区受东北亚异常反气旋西侧的异常偏南风控制,且受“EUP”负位相模态影响,东亚大槽减弱,有利于大气污染物和水汽向中国东北地区输送,该地区秋冬季霾的发生频次增加。     

全球气候变暖中南北半球海冰变化的差异

应用海冰面积资料,分析在全球气候变暖下,南北半球海冰季节和年际变化的差异,结果表明:冬季南半球海冰面积为北半球的1.13倍,而夏季仅为北半球的2/5,南半球海冰的季节变化比北半球更为显著,其季节振幅为北半球的1.6倍.1979--2006年,北半球海冰总面积呈显著减少趋势,夏秋季最快,特别在1990年代中后期以来,减少尤为迅速;夏秋季,整个区域海冰为均一的减少趋势,北冰洋靠近北太平洋的近海变化最为迅速,冬春季,主要发生在北太平洋海域.南半球海冰自1980年代初以来有所增多,四季整个区域海冰并未呈均一的减少趋势,而是有一显著减少中心,位于南极半岛附近,两个增多中心,分别位于罗斯海外围和西南印度洋一带.随夏一秋一冬一春的季节转换,3个中心区域位置存在东移和返回的过程.     

Possible impacts of Barents Sea ice on the Eurasian atmospheric circulation and the rainfall of East China in the beginning of summer

Possible influences of the Barents Sea ice anomalies on the Eurasian atmospheric circulation and the East China precipitation distribution in the late spring and early summer (May-June) are investigated by analyzing the observational data and the output of an atmospheric general circulation model (AGCM).The study indicates that the sea ice condition of the Barents Sea from May to July may be interrelated with the atmospheric circulation of June. When there is more than average sea ice in the Barents Sea, the local geopotential height of the 500-hPa level will decrease, and the same height in the Lake Baikal and Okhotsk regions will increase and decrease respectively to form a wave-chain structure over North Eurasia.This kind of anomalous height pattern is beneficial to more precipitation in the south part of East China and less in the north.     

南极海冰北界涛动指数及其与我国夏季天气气候的关系

南极海冰的变化和全球大气环流关系密切。南极各区海冰的不同变化, 对南北半球大气环流有着不同的影响。文中基于对南极海冰变化的客观分区, 定义了南极海冰北界涛动指数 (ASEOI), 并结合中央气象台提供的南方涛动指数、北半球500 hPa和100 hPa高度场资料以及我国160站降水、温度资料, 利用诊断分析方法, 对ASEOI与我国夏季天气气候的关系进行了研究。研究表明:ASEOI对我国长江中下游降水及全国大部分地区温度具有指示意义。若前一年10月ASEOI偏低, 则当年7月我国长江中下游降水偏多, 引发洪涝灾害的可能性很大; 温度场上, 我国北方气温偏高, 南方气温偏低, 而高温往往伴随着少雨, 这无疑会加剧华北本就严重的旱情。     

中国北方暴雪的年代际变化及其与大气环流和北极海冰的联系

采用相关、回归等统计方法,对中国北方暴雪的年代际变化特征及其与大气环流和北极海冰的联系进行探讨。结果表明:中国北方冬季暴雪发生频次较高区域主要位于东北,在空间分布上呈现由西北向东南增加的态势,且存在明显的年代际变化特征:1965—1980年为东北暴雪少发期; 2002—2011年为东北暴雪多发期。分析表明:暴雪少发期,输送至东北的水汽较少;暴雪多发期,更多的水汽输送来自于西北太平洋,同时偏北气流引导的极地冷空气与偏南风引导的太平洋暖湿空气在东北地区汇合,提供暴雪频发的动力条件,造成东北暴雪出现年代际增多。此外,研究发现:前期秋季北极海冰的年代际减少与东北暴雪的年代际增加存在很好的相关性;秋季北极海冰异常偏少导致的大气环流异常主要表现为纬向西风减弱和NAO负位相,由此导致大气经向活动增强,利于极地冷空气向南入侵,且冷空气与暖湿空气在东北地区汇合,这是东北暴雪年代际增加的重要原因之一。     

Southern hemisphere atmospheric circulation: impacts on Antarctic climate and reconstructions from Antarctic ice core data

The atmospheric circulation patterns in the Southern Hemisphere have had a significant impact on the climate of the Antarctic and there is much evidence that these circulation patterns have changed in the recent past. This change is thought to have contributed to the warming trend observed at the Antarctic Peninsula over the last 50 years—one of the largest trends observed in this period on the planet. The trends associated with the continental Antarctic climate are less clear but are likely to be impacted less directly by atmospheric circulation changes. The circulation changes can be put into the context of longer timescales by considering atmospheric circulation reconstructions that have been performed using data from Antarctic ice cores. In this review paper we look at the main body of work examining: Antarctic climate trends; the understanding and impact of atmospheric circulation of the mid- to high-latitudes of the Southern Hemisphere; and the usefulness and reliability of atmospheric circulation reconstructions from Antarctic ice core data. Finally, beyond several of the more quantitative reconstructions, it is deemed that an assessment of their consistency is not possible due to the variety of circulation characteristics that the various reconstructions consider.