本文利用1979—2018年NCEP-DOE再分析資料、Hadley中心提供的全球海冰密集度格點(diǎn)資料以及反映太陽活動(dòng)11年周期變化的太陽黑子數(shù)資料,研究了太陽活動(dòng)與南極海冰變化的可能聯(lián)系和其中涉及的物理過程。結(jié)果表明,太陽活動(dòng)偏強(qiáng)年,南極半島-威德爾海海冰密集度增加,羅斯海外圍海冰密集度減少,反之亦然。通過定義一個(gè)反映上述變化的南極海冰偶極子指數(shù),我們發(fā)現(xiàn)其與南極濤動(dòng)（Antarctic Oscillation,AAO）的變化具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,與AAO密切相聯(lián)系的繞極急流的非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)在這一過程中起到了關(guān)鍵作用。當(dāng)AAO強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí),西風(fēng)急流在南極半島-威德爾海一帶向南偏轉(zhuǎn),在羅斯海附近向北偏轉(zhuǎn),引起暖空氣易于進(jìn)入南極半島-威德爾海,而更多的冷空氣進(jìn)入羅斯海外圍,從而造成海冰分布的偶極子結(jié)構(gòu)。而當(dāng)AAO為負(fù)位相時(shí),情況與上述相反。對(duì)流層AAO模態(tài)對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng),可能在太陽活動(dòng)與南極海冰兩者的聯(lián)系中起到了橋梁作用。進(jìn)一步的研究揭示出太陽活動(dòng)影響AAO的信號(hào)很可能源于平流層溫度的響應(yīng),再通過對(duì)流層的平均經(jīng)圈環(huán)流的調(diào)整,大氣質(zhì)量得以重新分布,在太陽活動(dòng)偏強(qiáng)年,對(duì)流層低層易于出現(xiàn)負(fù)的AAO... 

【文章來源】：極地研究. 2020,32(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

圖5 年平均南極半島-威德爾海(紅色實(shí)線)、羅斯海外圍(藍(lán)色虛線)區(qū)域平均的850 hPa溫度平流以及兩者差值(灰色陰影,南極半島-威德爾海平均減去羅斯海外圍平均)的時(shí)間變化序列.所有序列均為經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果

圖1 南極海冰、大氣環(huán)流場與太陽黑子數(shù)(SSN)指數(shù)的回歸分布型.a)年平均的海冰密集度(等值線,間隔:1.5×10-2)與SSN指數(shù)的回歸分布型;b)850 hPa風(fēng)場(矢量,單位:m·s-1)與SSN指數(shù)的回歸分布型.淺、深色陰影分別表示通過90%、95%置信度檢驗(yàn)的區(qū)域;圖a中實(shí)線(虛線)表示正值(負(fù)值),紅色(藍(lán)色)梯形框表示選定的典型的正值(負(fù)值)區(qū)前人的工作指出AAO與南極羅斯海和威德爾海海冰的相反變化有密切的關(guān)系[14],為此,我們將年平均南半球熱帶外地區(qū)的海平面氣壓場回歸到SID指數(shù)(圖3a)。整體而言,在極區(qū)及較高緯度地區(qū)為顯著的海平面氣壓正異常,在中緯度地區(qū)則為明顯的海平面氣壓負(fù)異常,這與AAO負(fù)位相的分布特征較為一致。事實(shí)上,將1979—2018年期間年平均南半球20oS以南的海平面氣壓場進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解,第1模態(tài)(方差貢獻(xiàn)31.8%)就表現(xiàn)為緯向?qū)ΨQ、而經(jīng)向上是極區(qū)和中緯度地區(qū)的偶極形態(tài),反映的是大氣質(zhì)量在南半球中、高緯度之間的反向變化,也即AAO的強(qiáng)度變化(圖3b),故本文將第1模態(tài)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間系數(shù)定義為AAO指數(shù)。已有的研究證實(shí)了自20世紀(jì)70年代以來,AAO表現(xiàn)出明顯的年代際增強(qiáng)趨勢(shì)[40],這種變化趨勢(shì)主要由溫室氣體的增長和平流層臭氧損耗所導(dǎo)致[41]。因此,圖3c給出的是去掉線性趨勢(shì)后的標(biāo)準(zhǔn)化AAO指數(shù)與SID指數(shù)的時(shí)間演變序列,可以看出兩者基本呈反位相變化,計(jì)算1979—2018年期間AAO指數(shù)與SID指數(shù)原始序列的相關(guān)系數(shù)為-0.52(通過99%置信水平),去掉線性趨勢(shì)后兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.34(通過95%置信水平),這說明AAO與SID之間具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

前人的工作指出AAO與南極羅斯海和威德爾海海冰的相反變化有密切的關(guān)系[14],為此,我們將年平均南半球熱帶外地區(qū)的海平面氣壓場回歸到SID指數(shù)(圖3a)。整體而言,在極區(qū)及較高緯度地區(qū)為顯著的海平面氣壓正異常,在中緯度地區(qū)則為明顯的海平面氣壓負(fù)異常,這與AAO負(fù)位相的分布特征較為一致。事實(shí)上,將1979—2018年期間年平均南半球20oS以南的海平面氣壓場進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解,第1模態(tài)(方差貢獻(xiàn)31.8%)就表現(xiàn)為緯向?qū)ΨQ、而經(jīng)向上是極區(qū)和中緯度地區(qū)的偶極形態(tài),反映的是大氣質(zhì)量在南半球中、高緯度之間的反向變化,也即AAO的強(qiáng)度變化(圖3b),故本文將第1模態(tài)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間系數(shù)定義為AAO指數(shù)。已有的研究證實(shí)了自20世紀(jì)70年代以來,AAO表現(xiàn)出明顯的年代際增強(qiáng)趨勢(shì)[40],這種變化趨勢(shì)主要由溫室氣體的增長和平流層臭氧損耗所導(dǎo)致[41]。因此,圖3c給出的是去掉線性趨勢(shì)后的標(biāo)準(zhǔn)化AAO指數(shù)與SID指數(shù)的時(shí)間演變序列,可以看出兩者基本呈反位相變化,計(jì)算1979—2018年期間AAO指數(shù)與SID指數(shù)原始序列的相關(guān)系數(shù)為-0.52(通過99%置信水平),去掉線性趨勢(shì)后兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.34(通過95%置信水平),這說明AAO與SID之間具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。Lefebvre等[14]的工作指出繞極急流對(duì)AAO影響南極海冰變化起到了關(guān)鍵作用,所以圖4a、4b將海冰密集度及850 hPa風(fēng)場分別回歸到SID指數(shù)、AAO指數(shù)上進(jìn)行比較分析�？梢钥吹�,無論是海冰密集度還是低層環(huán)流異常,圖4a和4b均呈現(xiàn)出截然相反的響應(yīng)。SID指數(shù)為正時(shí),繞極西風(fēng)減弱,別林斯高晉海-威德爾海外圍一帶風(fēng)向具有偏北的分量,造成更多的冷空氣進(jìn)入該區(qū)域,引起海冰密集度增加；其余地區(qū)風(fēng)向具有偏南的分量,有利于暖空氣的流入,導(dǎo)致海冰密集度減少。與此相反,AAO強(qiáng)度偏強(qiáng)時(shí),繞極西風(fēng)急流明顯增強(qiáng),別林斯高晉海-威德爾海外圍一帶西風(fēng)具有偏南的分量,給該區(qū)域帶來由中緯度地區(qū)而來的暖空氣,其余地區(qū)西風(fēng)大都具有偏北的分量,導(dǎo)致極地而來的冷空氣易于流入,這與別林斯高晉海-威德爾海外圍一帶海冰密集度減少,其余大部分地區(qū)海冰密集度增加的分析結(jié)果一致。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3282621