A Sensitivity Study of Arctic Ice-Ocean Heat Exchange to the Three-Equation Boundary Condition Parametrization in CICE6     

Lei YU  Jiping LIU  Yongqi GAO  Qi SHU 《大气科学进展》2022,39(9):1398-1416

In this study, we perform a stand-alone sensitivity study using the Los Alamos Sea ice model version 6 (CICE6) to investigate the model sensitivity to two Ice-Ocean (IO) boundary condition approaches. One is the two-equation approach that treats the freezing temperature as a function of the ocean mixed layer (ML) salinity, using two equations to parametrize the IO heat exchanges. Another approach uses the salinity of the IO interface to define the actual freezing temperature, so an equation describing the salt flux at the IO interface is added to the two-equation approach, forming the so-called three-equation approach. We focus on the impact of the three-equation boundary condition on the IO heat exchange and associated basal melt/growth of the sea ice in the Arctic Ocean. Compared with the two-equation simulation, our three-equation simulation shows a reduced oceanic turbulent heat flux, weakened basal melt, increased ice thickness, and reduced sea surface temperature (SST) in the Arctic. These impacts occur mainly at the ice edge regions and manifest themselves in summer. Furthermore, in August, we observed a downward turbulent heat flux from the ice to the ocean ML in two of our three-equation sensitivity runs with a constant heat transfer coefficient (0.006), which caused heat divergence and congelation at the ice bottom. Additionally, the influence of different combinations of heat/salt transfer coefficients and thermal conductivity in the three-equation approach on the model simulated results is assessed. The results presented in this study can provide insight into sea ice model sensitivity to the three-equation IO boundary condition for coupling the CICE6 to climate models.  相似文献   

Upscaling the resilience assessment through comparative analysis     

《Global Environmental Change》2022

Resilience is the capacity of any system to maintain its function, structure and identity despite disturbances. Assessing resilience has been elusive due to high levels of abstraction that are difficult to empirically test, or the lack of high quality data required once appropriate proxies are identified. Most resilience assessments are limited to specific situation arenas, making comparision one of the unresolved challenges. Here we show how leveraging comparative analysis can provide insights on how Arctic communities (N = 40) can best deal with social and environmental change. We found that the capacity to self-organize, and nurturing diversity are sufficient conditions for Arctic communities whose livelihoods have been resilient, or for communities whose livelihoods have been transformed. Our study provides an alternative perspective on how to assess resilience by leveraging comparsion across cases. It also identify governance patways to support adaptations and transformations in the Arctic, a geography with some of the most dramatic social and natural challenges to come.  相似文献   

Trans-Arctic shipping routes expanding faster than the model projections     

《Global Environmental Change》2022

Rapid declines in Arctic sea ice coverage over the past four decades have increased the commercial feasibility of trans-Arctic routes. However, the historical changes in navigability of trans-Arctic routes remain unclear, and projections by global circulation models (GCMs) contain large uncertainties since they cannot simulate long-term Arctic sea ice changes. In this study, we determined the changes in trans-Arctic routes from 1979 to 2019 by combining two harmonized high-quality daily sea ice products. We found that the trans-Arctic routes are becoming navigable much faster than projected by the GCMs. The navigation season for open water (OW) vessels along the Northeast Passage (NEP) has lengthened from occasionally navigable in the 1980 s to 92 ± 15 days in the 2010 s. In contrast, previous GCM projections have suggested that navigability would not be achieved until the mid-21st century. The 90-day safety shipping area for OW vessels expanded by 35% during 1979–2018, reaching 8.28 million km² in 2018, indicating an increasing rate of 0.08 ± 0.01 million km² per year. The shortest trans-Arctic routes were also shifted further north than the model projections. Regular ships have been able to safely travel north along the islands in the NEP and transit through the M’Clure Strait in the Canadian Arctic Archipelago during the 2010 s, while previous studies have projected that this would not be feasible until the mid-21st century. We also found that the improved navigability of trans-Arctic routes enables commercial ships to transport approximately 33–66% (at the same load factor) more goods from East Asia to Europe during the Arctic shipping season than by the traditional Suez Canal route. These findings highlight the need for aggressive actions to develop mandatory rules that promote navigation safety and strengthen environmental protection in the Arctic.  相似文献   

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常          下载免费PDF全文

林爱兰  谷德军  李春晖  郑彬  彭冬冬 《热带气象学报》2022,38(1):1-10

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。   相似文献   

长江禁捕前江苏海域刀鲚(Coilia nasus)时空分布及环境因子的初步研究     

李子东  汤建华  吴磊  闫欣  葛慧  施金金  王燕平  朱海晨  王储庆 《海洋与湖沼》2024,55(2):441-450

为掌握江苏全海域刀鲚资源状况,为后期长江禁捕效果评估提供支撑资料, 2017年5月、8月、11月与2018年2月在江苏海域(31°45′~35°00′N, 119°30′~125°00′E)分别进行了4次渔业资源调查, 并绘制了尾数资源密度与重量资源密度分布图, 利用SPSS 26软件对当年的刀鲚资源状况进行评估, 积累长江禁渔前刀鲚鱼种系统数据。结果表明: (1) 刀鲚除秋季(11月)与冬季(2月)存在部分群体分布于“机轮拖网渔业禁渔区线”(以下简称“禁渔区线”)外侧之外, 其余时间均在江苏近岸海域(江苏境内“禁渔区线”到海岸线之间的水域)栖息洄游, 江苏近岸海域是刀鲚主要栖息索饵水域; (2) 春季(5月)影响江苏海域刀鲚分布的环境因子较多, 主要有水温、盐度、溶氧、深度、透明度等, 这可能与刀鲚正处于产卵旺期, 对环境因子变化敏感有关; 夏季(8月)影响江苏海域刀鲚分布的环境因子是透明度, 此时刀鲚刚结束产卵不久, 返回近海后急需补充能量, 丰富的营养物质成为影响其分布的主要因素, 此时为北半球夏季, 江苏省境内60余条入海河流正值汛期, 入海河水携带大量的营养物质, 成为返海刀鲚优良的索饵场; 秋季水温降低, 刀鲚开始越冬洄游, 水温成为影响刀鲚分布的重要因素; 冬季, 随着刀鲚性腺再次发育成熟, 新一轮的生殖洄游开始, 刀鲚栖息水层上升, 水深成为影响冬季刀鲚分布的关键因素; (3) 与长江禁捕后其他研究者在长江口收集到的刀鲚规格、全长-体重拟合方程综合对比, 发现自“长江十年禁捕”逐步实施后, 刀鲚种群渔获规格逐渐增大, 全长、体重开始逐渐增长, 长江刀鲚种群呈现资源恢复趋势。  相似文献   

协调大集合模拟下全球海表面温度对北极对流层早冬增暖的影响          下载免费PDF全文

Lutao Wang  Yongqi Gao  Dong Guo  Tao Wang  Ying Zhang  Wei Hua 《大气和海洋科学快报》2021,14(1):57-62

本文使用六个不同的最新大气模式进行了协调数值集合实验,评估和量化了全球海表面温度(SST)对1982-2014年冬季早期北极变暖的影响.本研究设计了两组实验:在第一组(EXP1)中,将OISSTv2逐日变化的海冰密集度和SST数据作为下边界强迫场;在第二组(EXP2)中,将逐日变化的SST数据替换为逐日气候态.结果表明:(1)EXP1的多模式集合总体平均值显示0.4℃/10年的近地表(约850 hPa)升温趋势,为再分析数据结果中升温趋势的80％.(2)在这六个模式中,模拟的变暖趋势均很强,幅度为0.36-0.50℃/10年.(3)全球海表温度可以解释北极对流层中低层EXP1的大部分模拟的变暖趋势,占再分析数据结果的58％.(4)再分析数据结果中,北极上空的对流层上层变暖(约200 hPa)不是由强迫信号而可能是由自然气候变率引起的.本文还探索了影响北极初冬变暖的可能源区,并讨论了该研究的局限性.  相似文献   

BCC-CSM2-MR模式对北极海冰和气候的模拟及预估     

任永建  肖莺  周兵 《气候变化研究进展》2021,17(1):58-69

基于第六次耦合模式比较计划（CMIP6）,使用新一代全球模式BCC-CSM2-MR的历史试验和未来共享社会经济路径（SSPs）数据,依据Hadley中心的海表面温度和海冰密集度数据及NCEP/NCAR I再分析资料,评估了BCC-CSM2-MR模式对北极海冰及北极气候的模拟能力,并对未来变化进行了预估。结果表明：BCC-CSM2-MR模式可以较好再现北极海冰密集度、近地层大气平均温度和海表温度的多年平均空间分布特征。但模式对北极局地大气平均温度模拟存在一定偏差,可能在一定程度上导致相应地区海冰的模拟存在差异。21世纪,北极海冰范围持续减少,9月减少趋势显著,3月减少趋势相对较弱。3月北极大部地区表现为一致的增温,仅在北大西洋局部出现一定程度的降温,9月北极大气增温幅度弱于3月。与地表平均温度不同,3月和9月的北极大部地区海表温度均出现增加,且9月海表温度的增幅大于3月,仅拉布拉多海海温出现下降。  相似文献   

IPCC AR6报告解读：未来的全球气候——基于情景的预估和近期信息     

周天军  陈梓明  陈晓龙  左萌  江洁  胡帅 《气候变化研究进展》2021,17(6):652-663

依据IPCC第六次评估报告（AR6）第一工作组报告第四章的内容,对未来全球气候的预估结果进行解读。报告对21世纪全球表面气温、降水、大尺度环流和变率模态、冰冻圈和海洋圈的可能变化进行了系统评估,并对2100年以后的气候变化做了合理估计。评估指出全球平均表面气温将在未来20年内达到或超过1.5℃,平均降水也将增加,但随季节和区域而异,同时变率将增大。大尺度环流和变率模态受内部变率影响较大。到21世纪末,北冰洋可能出现无冰期;全球海洋会继续酸化,平均海平面将持续上升,百年内上升幅度依赖不同排放情景,都在2100年后继续升高。在最新的评估中采用多种约束方法,减小了预估不确定性的范围。AR6对于低排放情景以及“小概率高增暖情节”的关注为应对气候变化提供了更多、更完整的信息。综合报告的评估结果指出,未来需要进一步减小区域,特别是季风区气候预估的不确定性,并从科学研究和模式发展两方面加强我国气候预估能力的建设。  相似文献   

三组火山强迫资料差异及其对模式模拟结果的影响     

高雅  高超超 《气候变化研究进展》2021,17(3):305-316

Gao2008、Crowley2013和Sigl2015火山强迫资料,均基于极地冰芯重建。由于每组重建使用的冰芯数据和分析方法等不同,因此结果存在差异,从而影响气候模式应用。文中详细梳理三组火山强迫资料在原始冰芯数据、信号识别提取和沉积通量计算等方面的差异;介绍重建中涉及的对未知火山事件发生季节、纬度及从极地硫酸盐沉积通量向平流层辐射强迫通量转换等所做的假设;归纳资料中存在的共性问题。在此基础上,总结重建不确定性对模式应用的影响,希望为涉及气候模式的研究工作提供从气候系统外强迫资料解读或审视气候变化模拟与影响评估的视角,更好为气候模拟和预测服务。  相似文献   

1979—2013年北太平洋海表面盐度变化及其与淡水通量的关系          下载免费PDF全文

魏翔  智海  方祝骏 《大气科学学报》2021,44(5):754-763

利用海洋再分析资料,对北太平洋海表面盐度（Sea Surface Salinity,SSS）变化及其与淡水通量（Fresh Water Flux,FWF）的关系进行研究。结果表明：1914—2013年SSS存在增大趋势,且有25～30 a的周期变化;1979—2013年SSS存在先减小后增大趋势,且有7～12 a的周期变化。北太平洋SSS变化的活跃区域位于黑潮及其延伸区（A区）和北太平洋中部偏东地区（B区）。A区和B区SSS在2000年之前存在减小趋势,在2000—2009年出现明显增大趋势。A区和B区SSS变化与北太平洋FWF变化显著相关,其中A区SSS受局地FWF影响较大（最大相关系数出现在FWF超前16个月）,B区SSS受局地FWF影响较小（最大相关系数出现在FWF超前20个月）。北太平洋FWF与A区SSS的相关表明：它们存在较大范围的正相关区,正相关区主要位于黑潮延伸区（A区东部）,且正相关大值区随着FWF超前时间缩短而向东移动。对应于北太平洋温度年代际变化,SSS也存在显著的年代际变化,并且北太平洋关键区盐度变化能够表征北太平洋气候变率,它可以作为北太平洋气候变率的替代指数。  相似文献