北极海冰快速变化及其天气气候效应研究

依托中国北极科学考察以及国际极地年合作计划，集成应用高新技术和卫星遥感，开展北冰洋海冰以及气-冰-海相互作用的现场观测，采用统计分析、物理过程参数化和数值模拟等方法，研究北极海冰快速变化及其天气气候效应。主要研究内容包括：北冰洋现场关键数据获取；北极海冰整体及区域变化特征；海冰表面融池、雪冰转换物理机制及参数化；冰间水道多年变化特征和参数化，冰间水道对气-冰-海热量交换的影响及其对海冰快速变化的作用；北太平洋入流对海洋变化的作用和进而影响海冰变化的机制；进一步改进北冰洋冰-海洋耦合模式；使用高分辨率大气环流模式，模拟和分析近十年来北极海冰快速变化对东亚大气环流和气候的影响规律、影响程度及动力过程，探索北极海冰变化在影响我国的水灾、雪灾、旱灾等重要灾害性天气形成过程中的作用。

以我国的北极考察为主要平台有针对性对北冰洋海冰物理特性及其与大气和上层海洋相互作用过程实施观测研究，结合历史观测数据和卫星遥感观测数据，量化北冰洋海冰快速变化的物理表征，阐明当前气-冰-海相互作用的关键过程，优化数值模式中关键参数和过程的参数化方案，同时利用统计诊断和气候动力学模式探索北冰洋海冰异常对东北亚天气和气候过程的影响机制。 .项目实施期间，研发和集成了多项海冰物理观测技术，组织实施了2次北极考察的海冰物理学观测，获得了大量现场观测数据。海冰物理观测技术的研发和集成，巩固了课题组在国内同行的领先地位，提高了我国在北极环境监测网中的地位；现场观测的实施有效提升了我国在国际合作（如PAG）的主导作用；基于现场观测数据，量化了冰面/冰内/冰底各个辐射和湍流分量，评估了它们对积雪-海冰物质平衡的贡献，分析了积雪/海冰融化对短波辐射传输的影响。研究结果将支持相关物理参数和物理过程参数化方案的优化。.围绕北极太平洋扇区气-冰-海相互作用关键过程，从优化耦合模式参数化方案和提高模式网格时空分辨率两方面入手，发展了北极区域冰-海耦合模式。提出依赖于融池发展和积雪物理特性季节变化的反照率参数化方案，有效提高了气候模式的模拟精度以及对积雪-海冰物质平衡过程的模拟能力。进一步完善优化了高分辨率海冰热力学模型（HIGHTSI），通过提高垂向网格分辨率，有效刻画了短波辐射对表层积雪/海冰热力学过程的影响；在冰-海耦合模式中，通过提高局部的空间网格分辨率，有效刻画了夏季阿拉斯加沿岸流的不稳定性及近表层中尺度暖涡的生成演化过程。依托项目研究成果，发展了北极区域海冰数值预报系统。.数据分析表明北极秋季海冰对中国冬季降雨影响最为明显的区域出现在中国南方特别是东南沿海区域，随着北极海冰的减少，中国南方特别是东南沿海区域冬季降雨增加。基于气候动力学模型ECHAM揭示了2007年北极秋季海冰恢复过程在2008年初中国南方暴雪的形成过程中至关重要的作用。