融冰期北极太平洋扇区海冰分布对气旋的响应

In recent years, Arctic sea ice is decreasing obviously, cyclone activities increase, and the effect of cyclone on the sea ice is more significant. This project intends to analyze the distribution characteristics of sea ice concentration, sea ice motion, sea ice thickness and sea ice age using historic data in the Pacific sector of Arctic. Based on sea ice data derived from satellite remote sensing and sea ice drift obtained from ice mass balance buoys, we analyze the spatial and temporal variation characteristics of sea ice during cyclones were crossing. Wind stress, air-sea fluxes and sea ice drift divergence will be calculated to analyze the spatial distribution and the changes characteristics of these parameters when cyclones were crossing. Furthermore, combined with numerical model, the impact of the cyclone on sea ice redistribution will be studied and the reasons of changes of sea ice distribution will be explored in the Pacific sector of Arctic.

近年来，北极海冰减少趋势明显，气旋活动增强，气旋对海冰有显著的影响。本项目拟通过历史数据分析，获取北极太平洋扇区海冰密集度、海冰速度、海冰厚度和冰龄的分布特征；基于海冰密集度、海冰运动和冰龄等海冰卫星遥感数据和浮标观测资料，获得这几个参数在不同强度气旋过境期间的时空变化特征；通过计算分析气旋过境期间风应力、海气通量和海冰速度散度的空间分布及变化特征，结合数值模式，研究融冰期太平洋扇区气旋对海冰再分布的影响，探索海冰分布变化的原因。

北极海冰范围自1979年至今呈明显减少趋势，进入21世纪后，北极海冰更是呈现出快速减少趋势。海冰的变薄和减少，使海冰更容易受大气和海洋的影响。最近几十年，北极气旋活动明显增强，同时中纬度向极移动的气旋数量也在增加。因此，在气候变化的大背景下，研究气旋对海冰变化影响的机制有助于我们理解海冰快速变化的机理。根据5-10月平均的AO指数，把1979-2017年分为三个阶段。三个阶段的海冰范围都呈显著减小趋势，而冰厚在第I阶段呈增加趋势，第II和III阶段呈减小趋势。太平洋扇区冰厚在过去39年减少了48.5%。随着AO指数由正位相向负位相变化，加速了加拿大群岛北部多年冰的输出。强气旋和中等强度气旋均能给太平洋扇区的海冰带来显著影响，而弱气旋只能给其覆盖海域造成较小的影响。气旋过境时，海冰面积减小速度加快。气旋过境后，海冰面积减小速率减小。气旋引起的强风给海冰运动带来的影响更大，而风力较小时，洋流和内摩擦的作用相对较大，风对海冰的影响相对较小。受初始海冰密集度的影响，海冰边缘区更易受气旋的影响，高纬海域的海冰密集度在气旋过境期间变化小，气旋消亡后恢复较快。利用ArcIOPS研究了2012年8月强气旋对海冰产生影响的机制。该气旋的主要影响区域为海冰密集度较小、冰厚较薄的太平洋扇区。气旋过境期间，海洋热通量和湍流热通量的变化是导致海冰快速减少的两个主要因素。一方面，强风导致上层海洋混合加强，海洋热通量显著增大，这是海冰面积和体积加速减小的最主要因素。气旋达到最强的前后6天内，海冰体积比平时多减少了58.65 km3，其中海洋热通量的贡献达到42.23%。另一方面，暖湿气流导致冰区向下湍流热通量增大，冰面向下湍流热通量增大可以直接促进海冰融化，开阔水域增大的向下湍流热通量则通过加热海洋间接加快海冰融化速度。动力作用可以使海冰面积加速减小，而对海冰体积的影响很小。