欧亚大陆冬春季气候对北冰洋秋季海冰异常的响应

The satellite data over past 30 years indicated that the Arctic sea ice is decling fast. Furthermore, results from the CMIP3 and CMIP5 models showed that the summer Arctic sea ice will disapper at the end of 21st century. Existing data analysis and numerical experiments indicated that the Arctic sea ice cover anomalies can impact the climate at the mid-to-high latitude regions.The aim of the project will assess the maximum intensity of the autumn Arctic sea ice impact on the climate by combination of data analysis and specifically designed numecial experiments (autumn Arctic sea ice will be fully removed)with atmosphere only model (AGCM) and coupled atmosphere -ocean climate model (AOGCM). Difference in the AGCM and AOGCM experiments will illustrate the role of the air-sea coupling on the sea ice impact and the comparison between the ensemble AOGCM simualtions will explore the influence of the ocean initial conditions on the sea ice impact.

30多年的卫星观测资料显示北冰洋的海冰面积在急剧减少，并且在2012年9月达到有卫星观测资料以来的最低值。此外，CMIP3以及CMIP5的数值模式的结果显示北冰洋秋季的海冰面积在本世纪末将几乎完全消失。对再分析资料的统计分析以及敏感性数值试验的结果显示北冰洋海冰面积的减小对北半球中高纬度的气候有可能产生重要影响。本项目将在对资料以及再分析资料分析的基础上，检验CMIP5数值模式再现基于观测所得的北冰洋秋季海冰异常与中高纬度气候异常的相互关系，进行动力学机制分析和研究；并结合大气环流模式以及耦合气候模式的敏感性试验，评估秋季海冰异常对欧亚大陆冬春季气候影响的最大强度（在敏感性试验中假设秋季海冰完全消融）；通过对比大气环流模式以及耦合气候模式敏感性试验的结果评估中纬度海气耦合对这种响应强度的影响；通过不同海洋初始场的敏感性试验的对比，探索海洋初始场对这种响应强度的影响。

卫星观测资料显示北冰洋的海冰面积在急剧减少，并且在2012年9月达到有卫星观测资料以来的最低值。此外，CMIP3以及CMIP5的数值模式的结果显示北冰洋秋季的海冰面积在本世纪中末将几乎完全消失。早期的研究表明北冰洋海冰面积的减小对北半球中高纬度的气候有可能产生重要影响。本项目检验了CMIP5数值模式再现基于观测所得的北冰洋秋季海冰异常与中高纬度气候异常的相互关系；并结合大气环流模式以及耦合气候模式的敏感性试验，评估秋季北极海冰完全消融对欧亚大陆冬春季气候的影响（在敏感性试验中假设秋季海冰完全消融）；通过对比大气环流模式以及耦合气候模式敏感性试验的结果评估中纬度海气耦合对这种响应的影响。本项目取得的主要结果如下：1. 基于大气环流模式数值试验的分析表明，秋季海冰完全消融可以引起北冰洋同期的近表面气温升高以及降水的增加，与早期研究相类似，在大气环流方面，秋季海冰完全消融可以引起秋季至12月份的负位相的北极涛动，但是负位相的北极涛动并不能持续到冬季（1至2月）。大气对秋季海冰完全消融的响应与大气内部变率的对比表明：北冰洋秋季表面气温以及降水的响应超出了大气的内部变率，而在冬季的响应并没有超出大气的内部变率。这一结果发表在Climate Dynamics期刊。 2. 模式预估的全球增暖的空间分布并不是均匀的，其中北大西洋副极地海域上空是增温最弱的区域之一。基于耦合气候模式数值试验的分析表明，秋季海冰完全消融通过海气相互作用，可以延长冬季北大西洋涛动的负位相（与大气环流敏感数值试验比较）。北大西洋涛动的负位相以及海冰消融引起的淡水量的增加均有助于北大西洋径向翻转环流的减弱，进而有助于减缓大西洋副极地海域上空的增温。这一结果发表在Environmental Research Letters 期刊。