北极海冰快速变化背景下大气水循环演变规律研究

论文摘要

本文利用1979-2016年逐月及逐日ERA-Interim再分析资料,采用多种统计诊断方法研究了北冰洋上空的大气水循环过程,详细分析了水汽含量、局地降水和蒸发量以及经向水汽输送的时空变化特征。其次,根据1965-2016年逐月六大环北极河流径流量观测资料,在分析北冰洋入海径流的季节-年际演变规律的基础上,新定义了北极入海径流集中度（DCD）和集中期（DCP）指数,研究径流量的年内分布形态特征及最大径流量出现时段。同时,通过分析流域内陆面水循环过程,探讨影响局地径流量变化的关键气候因子。此外,利用美国国家冰雪数据中心（NSIDC）海冰观测数据,研究了海冰面积与大气水汽含量之间关联度的时空差异性及影响机理。最后,利用全球增暖1.5℃和2.0℃两种情景下的CESM模拟结果,分析北极关键海区的海冰-大气相互作用。全文主要结论如下:近38年北极大气水汽含量显著增加,增加趋势在20世纪90年代中期后加快,且夏秋季增幅大于冬春季。北极“逆湿”现象在冬季广泛存在而夏季较少,冬季“逆湿”深厚而夏季相对浅薄,但夏季“逆湿”强度较大。北冰洋降水量的季节变化具有明显的空间差异,大西洋扇区冬季多夏季少,而中央海区与之相反。近年来北冰洋中央海区降雪量和降雨量显著增加,大西洋扇区降雨量增多而降雪量减少,但两个区域都存降雨日数增加而降雪日数减少的变化趋势,表明北冰洋固态降水有向液态降水转变的倾向。进一步分析北冰洋上空水分收支过程的年际相关可知:喀拉海和楚克奇海降水量的增加趋势主要来源于局地蒸发的增强,而巴伦支海、东西伯利亚海、拉普捷夫海则受到局地蒸发及水汽辐合通量加强的共同影响。近52年来北冰洋入海径流量呈显著增加趋势,欧亚大陆一侧径流量（2.16%decad e-1）的增速高于北美（1.50%decade-1）。同时,,六大河流普遍存在夏季径流量减少而融化月（5月）增加的变化趋势,Yenisey河尤其明显。进一步分析不同河流集中度的年际变化可知,六大河流径流量在年内分布形态更加分散。从北极流域内的水分收支过程出发,我们发现上一年5月至当年4月北极流域内净降水量与上一年8月至当年7月年径流量的正相关性最大。此外,气温是影响融化月径流量年际变化的主导因子,而夏季径流量主要受到前期流域内水汽辐合通量的影响。北极海冰面积与上层水汽存在显著的同期负相关,冷季（11月-次年5月）负相关中心位于大西洋扇区的巴伦支海-喀拉海,而暖季（6月-10月）位于太平洋扇区。水汽正异常及其与气温、长波辐射的正反馈作用可以触发海冰的初始融化,并持续影响海冰的后续融化过程。在全球增温1.5℃和2.0℃的情景下,整个北极范围内的大气水汽含量显著增加、北极海冰融化加剧。夏季北极中央海冰面积与超前滞后两个月内的水汽都存在显著负相关,相关性在初始升温阶段最大,在气温稳定后明显减弱。冬季巴伦支海海冰面积则与同期及滞后2个月内的水汽呈负相关,且2.0℃情景下负相关性更加显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的和意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 北极大气水循环
•     1.2.2 北冰洋入海径流
•     1.2.3 北极大气水循环与海冰联系
•   1.3 本文研究内容及创新性
• 第二章 北极大气水循环过程及其时空变化
•   2.1 引言
•   2.2 数据及方法介绍
•   2.3 北极地区水汽含量时空变化
•     2.3.1 整层水汽变化
•     2.3.2 水汽垂向变化
•     2.3.3 北极大气“逆湿”特征
•   2.4 北冰洋上空的降水和蒸发
•     2.4.1 降水和蒸发时空变化
•     2.4.2 北极地区降雨/雪的强度及频率特征
•   2.5 北极大气水分收支及其时间变化
•     2.5.1 北极地区大气经向水分输送时空变化
•     2.5.2 北极地区大气水分收支的季节和年代际变化
•   2.6 小结
• 第三章 北冰洋入海径流及流域内水分收支
•   3.1 引言
•   3.2 数据及方法介绍
•   3.3 北冰洋入海径流的年际变化
•   3.4 北冰洋入海径流的季节内变化
•     3.4.1 北极径流年内分布形态特征
•     3.4.2 北极径流峰值日期和流量变化
•   3.5 影响径流的流域水分收支过程
•     3.5.1 流域内水循环特征分析
•     3.5.2 流域内水汽辐合通量对年径流量影响
•   3.6 影响季节径流量年际变化的关键气候因子
•   3.7 小结
• 第四章 北极海冰冻融过程及其与大气水汽含量关系
•   4.1 引言
•   4.2 北极边缘海海冰冻融特征分析
•   4.3 北冰洋冰-气相互作用的关键区域
•   4.4 海冰冻融过程中海冰密集度与大气水汽联系
•     4.4.1 海冰不同冻融阶段与水汽异常的年际相关分析
•     4.4.2 北极大气水汽含量变化对海冰初始融化的影响
•   4.5 小结
• 第五章 全球不同增暖情景下北极海冰和大气水汽变化
•   5.1 引言
•   5.2 1.5℃和2.0℃情景下北极水汽和海冰未来变化
•   5.3 1.5℃和2.0℃情景下北极水汽含量和海冰面积关系
•   5.4 小结
• 第六章 结论和展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 问题和展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周玮佳

导师: 张录军

关键词: 北极,水循环,入海径流,海冰,冰气相互作用

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,海洋学,地球物理学,水利水电工程

单位: 南京大学

分类号: P731.15;P339

总页数: 118

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