【摘 要】
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近几十年来,北极海冰持续减少。秋季海冰变化对冬季地面温度的影响受到诸多争议,不同海区海冰变化可能会对地面温度产生不同影响。本文根据哈德莱中心的海冰数据、美国国家环境预报中心与国家大气研究中心再分析数据以及CMIP6模式数据,研究秋季不同关键区海冰变化的冬季地面温度响应,并探讨这一响应过程的可能物理机制。结果表明:(1)近40年间,秋季北极海冰变化以巴伦支海-喀拉海(B-K)和拉普捷夫海-波弗特海(
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近几十年来,北极海冰持续减少。秋季海冰变化对冬季地面温度的影响受到诸多争议,不同海区海冰变化可能会对地面温度产生不同影响。本文根据哈德莱中心的海冰数据、美国国家环境预报中心与国家大气研究中心再分析数据以及CMIP6模式数据,研究秋季不同关键区海冰变化的冬季地面温度响应,并探讨这一响应过程的可能物理机制。结果表明:(1)近40年间,秋季北极海冰变化以巴伦支海-喀拉海(B-K)和拉普捷夫海-波弗特海(L-B)海冰一致性变化为主,这主要体现在经验正交函数(EOF)分析的第一模态。变化大值区主要集中在B-K海区、经拉普捷夫海、东西伯利亚海,直至波弗特海一带,相应的地面温度响应主要为欧亚大陆冷异常。在这种模态下,西伯利亚高压明显增强,欧亚大陆中东部盛行北风,导致温度下降。(2)秋季北极海冰变化EOF的第二模态为B-K区与L-B区海冰呈反位相变化的特征。当B-K海冰减少而L-B海冰增加时,B-K地区,格陵兰-巴芬湾和白令海峡-阿拉斯加的温度异常暖中心伴随着对流层中部的局地反气旋异常。在每个反气旋异常的下游,都有明显的低槽加深。槽脊之间的北风携带的冷空气导致欧亚大陆中部和东北部,北美中部和西部以及北大西洋三地的地面温度显著降低。表明不同海域的局部海冰变化对地面温度的影响不尽相同,B-K区与L-B区可视为影响北半球冬季地面温度的关键海区。(3)当B-K与L-B海区海冰一致减少时,热带外行星尺度一波二波向上传播加剧,高层大气存在显著的环流响应,平流层极涡减弱,至2月平流层极涡减弱达到最强。进一步分析表明,B-K区海冰变化时,对地面温度影响较大,同时,平-对流层环流响应更清晰,但当L-B区与B-K区海冰呈反位相变化时,平流层环流响应受到了抑制,这表明L-B区在平-对流层环流对海冰的响应方面依然存在着一定的作用。(4)评估CMIP6不同模式中海冰变化的的地面温度响应,总的看来地面温度对海冰第一模态变化的极区暖异常模拟较好,但中高纬冷异常响应并不明朗。模式对海冰第二模态变化的中高纬冷异常响应较为理想,能够再现局域的冷异常响应。模式对应的的对流层环流响应也有一定的再现能力,且各个模式里地面温度的异常与对流层环流变化皆能很好的对应,模式资料自身有着较好的变量自洽性。模式资料中对B-K海冰减少的温度及平-对流层环流响应再现欠佳,但个别模式对局域的降温及环流变化有一定的再现能力,因此CMIP6的模式评估仍有一定的参考价值。(5)B-K与L-B海冰呈一致性变化时,对我国新疆北部地区的温度有显著影响。2009年秋季,B-K与L-B海冰同时减少,为新疆北部频发的极端降温降雪事件提供了有利的背景场。2010年1-2月,平流层低层极涡异常偏弱,乌拉尔山阻高强盛,地面西伯利亚高压异常加强,造成该时段北疆发生了5次持续性降温降雪过程,在此期间高层极涡中心位置偏南,冷空气一直在较低纬处活动。中层充沛水汽条件配合西伯利亚高压强而连续的振荡,是极端降温降雪频发的中高层环流原因。
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