南极普里兹湾夏季海冰边缘区内破碎海冰的分布特征

基于中国第21次南极考察中获得的69°00'S、76°24'E附近普里兹湾夏季海冰边缘区内破碎海冰的航拍照片,利用图像处理的方法从中提取了破碎海冰的若干几何参数,得到了海冰边缘区内随着与开阔水域距离增大,海冰面积、平均钳测直径等几何参数的变化规律。并按其尺寸的变化规律将海冰边缘区划分为边界区、过渡区和内部区三部分,其变化和波浪在冰边缘区中的衰减过程紧密相关。圆度的变化则说明海冰边缘区中海冰磨损最充分的地方是在冰间相互作用最明显的过渡区。另外,一种改进的幂函数分布和Weibull分布用来对破碎海冰尺寸的累积频率进行拟合,分布函数中各参数的变化情况很好的反映了海冰边缘区内破碎海冰的分布变化。其中,参数L_r随着与开阔水距离增加而增大(说明由于波能衰减导致可以出现的破碎海冰最大尺寸的增加);尺度参数L₀随着与开阔水距离增加而增大(反映了破碎海冰平均尺寸的增加以及由于波能的衰减而导致单位面积区域内尺寸较大的破碎海冰所占比例的增加);分布维数D随着与开阔水距离增加而减小(说明了由于波能的衰减导致破碎海冰所受约束条件的减弱);形状参数γ随着与开阔水距离增加而减小(说明了随着波能的衰减破碎海冰尺寸分布范围的增大)。     

南极海冰与气候

在极区,海冰的形成在海洋上部和大气下部之间构成了新的交界面,改变了大洋表面的辐射平衡和能量平衡,隔离了海洋与大气之间的热交换和水汽交换;海冰冻融过程影响着大洋温、盐流的形成和强度;海冰对南大洋和南极大陆气象、气候有重要的影响,在气候环境系统中起着重要的作用。南极海冰作用区约占南半球雪冰作用区面积的58%,约占地球表面积的3.58%。其中,一年生海冰约占南极海冰区分布面积的83%;其分布面积从夏末2月份最小时的3×106 km2左右,到9月份冬末最大时的18×106 km2左右,一年中季节变化幅度可达15×106 km2,季节变化率>500%。海冰分布区域的年际变化较大。南极海冰区是影响季节和年际全球气候环境变化的重要区域。当前,国际南极海冰与气候研究的核心问题是海冰物理过程和在海冰区的海洋—大气相互作用。结合目前承担的研究课题,对国际南极海冰与气候研究的前沿动态和相关的国际计划进行了综述。     

2003年南极威德尔海至普里兹湾之间海冰分布研究

Ship-based sea ice observation data (concentrations,ice thickness,topography and overlying snow cover) were collected from Middle Weddell Sea to Prydz Bay,Antarctic during the period of 4 to 17 Jan 2003.Antarctic ice chart of first week of Jan 2003 was derived from National Ice Center (NIC).The compared analysis of sea ice concentrations and thickness distributions were conducted though in situ data and NIC chart.Results from sea ice concentration-analysis indicated the presence of large-scale open water between 2000 and 4100 km along transit route resulted from sea ice drifting.We describe the existence of mostly smooth first-year sea ice in study region ranged between 30 and 120 era.We also display the derived overlying snow coverage.Our results reveal the strong correspondence between ship-based observations and remotely sensed ice charts whatever in ice concentrations and ice thickness distributions.     

南极的海冰区生态学研究

南极海冰区生态学研究始于20世纪60年代,属新兴的生态学研究领域。经过三个阶段的发展和深入研究,科学家们对海冰在冰区生态系统中的作用方面取得了共识。随着EASIZ和CS-EASIZ等国际南极区域性计划的相继出台,该研究已成为目前南极生态学研究的前沿和热点领域。文章同时对该领域的国内、外研究现状做了简要的介绍。     

南极海冰增加对全球7月气候的影响

采用了OSU两层大气环流模式进行数值试验, 研究了南极海冰增加的气候效应.试验中海温取为气候平均值, 南极海冰作为外强迫源影响大气, 大气响应完全是环流内部调整的结果.调整的途径首先是对外强迫的局地响应--南极下垫面的温度发生变化, 结果使得冬季南大洋绕极低压带的位置偏北、强度增加, 南半球大气以强经向环流为主, 绕极气旋强大活跃.这种变异主要以Rossby波列的形式影响到南半球的中高纬度, 再通过斜压的越赤道气流, 即经向热交换的变化影响到北半球的大气环流, 导致北半球夏季大气环流呈纬向分布, 极地冷空气活动减弱.大气环流的变异又影响到气候诸要素, 反映明显的是越赤道气流在印度洋上的加强和太平洋上的减弱, 使得西南季风加强, 东南季风减弱; 太平洋副高位置的偏北, 导致中国华北、华东和江淮流域少雨、高温, 北美中高纬度严重多雨和低温.     

ENSO循环过程与南极海冰变化

应用1951-2001年ENSO特征指数(NINO1+2、NINO3、NINO4、NINO3.4、SOI)和1973-1998年南极海冰北界范围以及1950-2001年SODA海洋温度资料,分析探讨了ENSO循环过程与南极海冰之间的关系,研究了南大洋和太平洋海表温度与南极海冰之间的内在联系。结果表明,南极海冰变化与ENSO循环过程存在一定联系,特别是东南极海冰的变化与ENSO循环过程较为密切。这种遥相关关系表明,ENSO循环过程不仅与热带海洋自身的海 气相互作用存在密切关系,而且与南极海冰之间也存在一定的联系。当东南极海冰范围出现异常增大和减小时,在时滞一年之后,NINO循环指数将出现减弱和加强,而南方涛动指数将出现加强和减弱。这种相关关系的机制是通过大洋环流这一载体将异常海温向北输送来实现的。南极海冰范围的异常增加或减少,会直接影响南极绕极流的冷暖结构进而影响经向水体输送的异常,从而导致热带和副热带太平洋上层海温场的异常变化,对ElNino和LaNina事件的发生起到推动作用。     

南极海冰和陆架冰的时空变化动态

利用美国冰中心和雪冰中心提供的海冰资料和我国南极考察现场的海冰观测资料, 对南极海冰的长期变化进行了研究.结果表明: 20世纪70年代后期是多冰期; 80年代是少冰期; 90年代南极海冰属于上升趋势, 后期偏多; 区域性变化差别大, 东南极海冰偏多, 西南极海冰即南极半岛两侧特别是威德尔海(Weddell Sea)区和别林斯高晋海(Bellingshausen Sea)的冰明显偏少.东南极和西南极海冰的变化趋势总是反相的.90年代后期普里兹湾的海冰明显偏多, 南极大陆陆架冰外缘线总体没有明显的收缩, 有崩解也有再生的自然变化现象.西南极威德尔海的龙尼冰架(Ronne Ice Shelf)和罗斯海冰架(Ross Ice Shelf)东部崩解和收缩趋势明显, 东南极的冰架也有崩解和收缩, 但没有西南极明显.陆架冰崩解向海洋输送的冰山对全球海平面升高有一定的影响.目前, 南极冰盖断裂崩解形成的冰山, 向海洋输入的水量可使全球海平面上升约14 mm.南极海冰没有随着全球气候温暖化而明显减少, 而是按照东南极和西南极反相的变化规律进行周期性的变化、调整和制约.     

基于CryoSat-2卫星测高数据分析南极海冰厚度的时空变化

利用卫星测高数据能够获取大尺度、长时序的海冰厚度信息。相较于北极,目前南极海冰厚度特别是近期变化信息仍很缺乏。基于2013-2018年的CryoSat-2卫星测高数据,采用最低点高程法和静力平衡方程模型反演了近6年逐月平均海冰厚度并分析其时空变化规律。结果表明：2013-2018年南极海冰厚度整体呈现先上升后下降的趋势,其中,2014-2017年年平均海冰厚度表现为快速变薄。南极较厚的海冰集中在威德尔海西南海域,最大值出现在该海域2014年的7月（6.27 m）。年平均海冰厚度在2017年达到最低值。南极海冰厚度的时空变化研究可为深入研究海冰变化与全球变化的关系提供参考。     

南极海冰变化异常与全球海平面变化(英)

In this paper, the long-term variation trend of the Antarctic sea ice in 1973～1994 and the inter-decade variation rule of the global sea level are analyzed. It is foundthat, the Antarctic sea ice area in 1980's was significantly less than in 1970's but with regional difference:decreasing in Regions Ⅰ, Ⅱ, and Ⅲ, and increasing in Region Ⅳ, the average global sea levelheightvalue in 1980's was also significantly higher than in 1970's but also with very large regional difference.Connecting variation of both to analyze their physical mechanism, it is pointed that, the accumulated seaice anomaly value in 1980's less than in 1970's means a global climate warming, the sea watertemperature and air temperature rising, sea water volume expanding, and more icebergs transportingfrom the ice cover on the Antarctic continent to ocean in the warmer years. As a result, the global sealevel raised significantly with the global average sea level value in 1980's was 22 mm higher than in 1970's. The Sea Level Raising (SLR) distributed uneven. It is especially true in the Pacific Ocean andAtlantic. This kind of uneven SLR distribution closely relates to, or is introduced by the uneven sea ice change of the Antarctic Regions.     

电磁感应技术在南极海冰厚度探测中的应用

介绍一种能够高效探测海冰厚度的电磁感应方法及其在南极考察中的应用。该技术方法针对海冰和海水的电特性,利用电磁场原理精确探测仪器至冰水交界面的距离,以实现海冰厚度的测定。通过电磁感应(EM)仪观测的视电导率与同点位钻孔测量数据对比分析,获得视电导率与海冰厚度的换算关系式,通过对用该关系式计算出的海冰厚度进行验证,表明电磁感应技术能够获得可靠的海冰厚度数据。对探测剖面的海冰厚度统计表明,2005—2006年夏季南极内拉峡湾内海冰以平整冰为主,其厚度为0.8~1.4 m。     

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.     

北极楚科奇海海冰特征研究——以1999年夏季为例

对北冰洋楚科奇海海冰分布、厚度、气/冰/海界面温度场观测,钻取海冰冰芯,观测冰结构的变化,发现3种海冰组合结构: 1)表面融化型; 2)表面和底部融化型; 3)整体融化型. 海冰结构形成的热力学过程为:在气/冰界面上,海冰上表面吸收辐射能使冰体升温,出现表面融化; 在冰/海水界面上,海冰盘与开阔水域的相间分布、相对运动,将周围温度较高的水体输送到海冰的底部,加热、融化海冰底部; 冰体升温,冰晶间盐水膜首先融化,分离冰晶,破坏海冰整体结构. 冰的相变吸热,使其温度维持在融点, 这些过程均衡了夏季北冰洋的温度变化.     

南极海冰与温度变化关系的统计分析(英)

Temporal-spatial characteristics of Antarctic surface air temperature and sea ice variations have been statistically analyzed. Results show that, during the last 30 years there was an obvious warming trend in Antarctica, but there exists substantial difference in different sectors and different period. The most significant warming trend occurred in the Antarctic Peninsula, about 2-3 times greater than that in the whole east Antarctica. In recent 20 years the correlation between Antarctic mean temperature and mean sea ice area is low and insignificant, but its linear trends are found to be opposite related in each sector, that is, sea ice extent reductions when temperatures are high. The different climate sectors defined by cluster analysis clearly show a close relationship between two parameters on the inter-seasonal time scale. The most sensitive correlation sectors found are from south Atlantic to southwest Pacific ocean.     

南极冰盖消融对全球海平面的影响(英)

In this paper, supposing that the earth is a spherically symmetric, perfectly elastic and isotropic, we derive the equation of the variation of relative sea level, utilize our previous results of the surface load Love numbers for PREM (1981) model, and compute the global relative sea level rise on the assumption that 10 meters thickness of Antarctic ice sheet would be melted in the future fifty years.