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《中国科学院海洋研究所在气候变暖背景下的北极海冰变化机制研究中获新进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2023-07-16

  • 近年来，北极增暖速度是全球平均变暖速率的2-4倍，这对北半球气候变化产生了重要影响。但目前的研究对于北极海冰变化的物理机制缺乏深入了解，现有模式对北极海冰变化结果预测仍存在较大偏差。中国科学院海洋地质与环境重点实验室黄海军研究团队通过对卫星和再分析资料的分析，从不同时空尺度揭示了北极海冰的变化机制，相关研究成果于近期发表在国际学术期刊Journal of Climate和JGR-Atmospheres。

    研究团队尝试从天气尺度出发，基于SOM聚类技术获取了北极水汽输运空间分布，阐明了中纬度水汽进入北极通道的四个关键通道，并进一步揭示了北极海冰对水汽变化的响应过程与具体物理机制。研究发现，气旋将增强水汽输运与汇聚过程，这会引起向下长波辐射和湍热通量的增加，从而可导致冬季不同海域海冰范围的显著减少。该项研究为深入理解北极地区大气-海冰-海洋的相互作用机制奠定了基础 （Liang et al., 2023）。

    另一项研究中，研究团队从大尺度大气环流的角度，深入分析了大气驱动北极夏季海冰变化的物理机制。研究人员揭示了一种新的大气环流模式（Barents—Beaufort Oscillation，BBO）对北极海冰的影响及机理。研究表明，春季时期BBO正相位模式（BBO+）主要通过动力机制对夏季海冰的快速融化产生促进作用。深入分析发现，中纬度大洋年代际变化（AMO和PDO）相位的更迭，对BBO+极端事件的发生具有重要的调制作用，这解释了2000年之后北极春季BBO+频繁发生和北极太平洋扇区的海冰覆盖加速减少的现象(Bi et al., 2023)。同时，该研究所揭示的夏季海冰消融机制为确定海冰快速减少驱动北冰洋酸化现象提供了佐证。

    以上研究的主要作者为中国科学院海洋所梁钰博士、黄海军研究员、毕海波副研究员，中国海洋大学陈显尧教授，中国极地研究中心雷瑞波研究员。研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目支持。

    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

  • 原文来源：http://www.qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202307/t20230710_6807826.html
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    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2021-03-10
    • 太平洋年代际变化(Pacific Decadal Oscillation，PDO)是描述北太平洋海温变化的重要指数，目前有少量研究指出PDO可对北极地区的大气环流造成一定影响，但没有指出PDO与北极大气环流在何种配置情况下会对夏季北极海冰减少产生显著影响。近日，中国科学院海洋研究所黄海军课题组研究人员首次揭示了太平洋年代际变化的相位更迭对夏季时期北极偶极子DA大气环流模式以及太平洋扇区海冰变化的调控机制。 进入21世纪以来，北极地区海冰覆盖面积呈现快速减少的变化趋势。北极偶极子（Dipole Anomaly，简称DA）大气环流模式对北极太平洋区（PAS）夏季海冰密集度（SIC）的变化起关键调节作用。当北极偶极子处于正相位（DA+）时期，格陵兰岛和加拿大北极群岛一侧出现海平面气压正异常，而对面一侧的欧亚大陆区域出现负压异常（北美一侧为中心的反气旋式大气环流）。有研究指出，这种形态的大气环流模态能同时促进海冰的平流输出和快速融化过程，进而通过海冰-反照率正反馈机制的作用，对太平洋扇区内（Pacific-Arctic Sector，简称PAS）海冰覆盖面积显著减少产生影响（Bi et al. 2019）。 研究人员根据卫星观测和再分析气象资料，从新的角度解释了影响北极地区海冰快速减少的新机制。研究团队根据再分析资料结果发现，与PDO正位相时期（PDO+）相比，处于PDO负相位（PDO-）海洋状态条件下的DA+所“支配”的大气环流模态，在加拿大群岛一侧的正压异常和对侧欧亚大陆的负压异常都得到增强）。接着研究人员基于近40年的卫星观测资料发现，与DA+相关的反气旋式大气环流对太平洋扇区内边缘海区域海冰密集度变化的影响程度与太平洋年代际变化PDO的相移有关。换言之，当DA+大气环流模式受到PDO不同相位海洋状态条件的调节，北极太平洋扇区内的海冰密集度将出现显著变化。卫星遥感数据显示在东西伯利亚海（ESS）、波弗特-楚科奇海（BCS）、加拿大北极群岛区域（CAA）的区域平均海冰密集度分别变化了+4.9%、-7.3%和-6.4%（即SIC(PDO-,AD+) - SIC(PDO+, AD+)）。 通过分析气象数据资料，研究发现受PDO-（PDO+）海洋背景状态调制作用，DA+相关的大气环流模式可导致BCS和CAA两个区域上空对流层下部（500~1000hPa）的大气比湿度、气温以及由此产生的向下长波辐射异常增强（减弱）。深入分析表明，在这两个区域比湿度和空气温度的异常变化主要与向极水汽输运通量以及水汽和热通量的聚散过程变化相关。因此，相对于PDO+，在处于PDO-情况下，DA+大气环流造成的这两个区域（CAA和BCS）的海冰密集度时期更小。另外，本文研究揭示海表温度和风应力异常则是造成东西伯利亚海地区海冰密集度显著变化的主要原因。与前人研究结论不同，本文定量计算结果指出云量异常对研究区海冰异常变化的贡献不明显。 鉴于PDO的年代际振荡性质，研究人员推测近期向北太平洋向PDO+相位状态的转变可能对夏季北冰洋海冰覆盖面积减少趋势起到暂时的减缓作用。综上，本研究揭示了中、高纬大气相互作用机制对北极气候和海冰产生的调控机理，为深入理解中纬度海洋-大气相互作用以及中-高纬大气遥相关机制起到推动作用。相关研究成果近期在线发表于国际学术期刊Journal of Climate （JCR一区Top期刊，IF=5.7）。 相关文章列表： Bi, Haibo., Yunhe. Wang, Yu Liang, et al, （2021）. Influences of Summertime Arctic-Dipole Atmospheric Circulation on Sea Ice Concentration Variations in the Pacific Sector of the Arctic During Different Pacific Decadal Oscillation Phases. Journal of Climate, DOI: 10.1175/JCLI-D-19-0843.1 　　 Bi, Haibo., Qinghua Yang, Xi Liang,et al. （2019a）. Contributions of advection and melting processes to the decline in sea ice in the Pacific sector of the Arctic Ocean. The Cryosphere 13(5): 1423-1439.
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  • 《海洋所在北极海冰覆盖范围缩小及影响机制研究方面获新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2019-05-10
    • 近日，中国科学院海洋地质与环境重点实验室毕海波博士、黄海军研究员同中山大学、自然资源部环境预报中心合作，在北极海冰覆盖范围缩小及影响机制方面研究取得新进展。研究成果《海冰平流与融化过程对北冰洋-太平洋扇区海冰减少的贡献》5月8日在国际冷冻圈杂志The Cryosphere在线发表（中国科学院一区，IF= 4.5）。 　　近年来北极地区海冰覆盖的惊人变化，是造成北极气温增速过快（北极增暖速度是全球变暖速度的2倍，业内称之为“北极放大”现象）的重要因素，而北冰洋太平洋地区的海冰变化对气候变化的响应尤其敏感。但是，国际上有关海冰热、动力学机制造成海冰消退方面的定量研究不够深入，模型模拟结果缺乏观测数据支持，有关海冰变化与大气环流模态的耦合机制亦不明确。 　　本研究首次利用多源卫星遥感观测产品，获得了近四十年太平洋-北极地区夏季海冰的变化情况。研究结果显示，在气候变暖背景下夏季时期的海冰融化和平流输出过程 “双助攻”北极的海冰消退，是引起北极太平洋扇区内海冰覆盖的大幅下降的主要物理机制。与以往不同，本研究揭示北极地区太平洋扇区的海冰消退与偶极子异常(DA)和北大西洋涛动(NAO)两种大气环流模态相关性较强，而与前人研究所揭示的北极涛动相关性较差（R=0.24）。深入调查分析表明，DA大气环流模式可同时影响海冰平流(R=0.74)和融化(R=0.55)过程，而NAO大气环流仅能够影响海冰融化过程(R=0.46)。 　　此外，黄海军课题组在北极巴芬湾海冰输出方面的研究也取得重要进展，揭示了气候变暖导致的海冰变薄和拖拽系数增加是导致海冰输出增加的“元凶”。相关成果《Baffin Bay sea ice inflow and outflow: 1978–1979 to 2016–2017》3月29日在线发表于The Cryosphere。 　　相关文章链接： 　　（1）https://www.the-cryosphere.net/13/1423/2019/tc-13-1423-2019.pdf 　　（2）https://www.the-cryosphere.net/13/1025/2019/tc-13-1025-2019.pdf
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