短波辐射对北冰洋积雪-海冰物质平衡的贡献：观测和参数化

太阳短波辐射在大气-积雪-海冰-上层海洋系统中的垂向分配对北冰洋气候系统十分重要。以量化短波辐射垂向分配及其对北冰洋积雪-海冰物质平衡的贡献为主要研究目标，以固定冰、浮冰站和浮标为观测平台，集成高新观测技术，对积雪-海冰层的物质平衡和短波辐射传输开展系列观测研究。基于观测数据量化积雪-海冰层的反照率、消光系数、辐射透射率和冰底海洋热通量；阐明积雪层吸收的短波辐射对积雪物质平衡的贡献，以及积雪积累/融化/变质对其表观光学性质的影响；阐明海冰层吸收的短波辐射对海冰内部物质平衡的贡献，以及海冰内部物相变化对其表观光学性质的影响；量化各能量分量在冰底能量平衡中的贡献及其随时间的变化；建立依赖于海冰孔隙率并考虑海冰层理结构垂向变化和辐射传输波长依赖性的海冰消光系数参数化方案，将其应用到海冰热力学数值模式中，验证其合理性，探索对其进一步优化的途径，最终达到提高海冰热力学数值模式模拟精度的目的。

依托本项目，发展了一套能应用于北极中心区连续观测积雪-海冰物质平衡和辐射传输的观测设备，集成了冰基浮标观测技术和船基冰雪形态特征观测技术。开展了1次黄河站固定冰考察和2次北冰洋考察（第5和第6次），并收集了自1994年以来的太平洋扇区走航观测数据，中国第3-6次北极考察的浮标观测数据，1964年以来的一个北极湖泊的站基观测数据。基于观测数据分析和量化了融池对表面反照率的影响，积雪融化对积雪-海冰层辐射传输的影响，冰底短波辐射量对冰底能量平衡的贡献，反照率正反馈机制对冰底海洋热通量乃至冰底物质平衡季节变化的影响，降雪对湖冰物质平衡过程的影响等。主要研究结论包括：（1）夏季在融池分布较密集的区域，北冰洋冰面的融池覆盖率可以达到5-7成，融池使得区域平均的反照率降低0.2-0.3，海冰-海洋吸收的太阳短波辐射增多40-60%；（2）夏季积雪-海冰层的辐射透射量主要取决于积雪的融化，后者会明显降低反照率，增大透射率，从而进一步促进积雪-海冰层的融化；（3）北极海冰的减少和融池增多增强了反照率正反馈机制，增大了冰底海洋热通量，该影响会持续到初冬季节，从而抑制海冰的生长；（4）罗蒙诺索夫海脊区浅水区地形会对冰底海洋层化产生扰动，从而增强冰底海洋热通量，抑制海冰的生长。依托本项目，发表学术论文6篇，其中5篇SCI检索论文，其中一篇发表在《Climatic Change》上的论文获得了获得中国极地自然科学优秀论文二等奖。本项目的研究成果在国内外重要学术会议上得到了交流，其中在第2届中-冰研讨会上交流的研究成果得到了冰岛总统的赞赏。依托本项目培养了1名硕士研究生。