北极退冰 极端天气多发

来源:中国海洋报   发布时间:2018-12-05 16:14:23 


近年来,极区高温频繁出现,海冰范围逐年降低,中高纬度“炸弹气旋”时常出现,我国北方冬季也受到世纪寒潮的影响,这些均与极地气候变化密切相关。

11月23日,自然资源部国家海洋环境预报中心在京召开极地气候数值模拟及气候影响交流会,北极气候变化、海冰变化,及其对我国冬季气候和渤黄海海冰的影响,成为科研人员关注的重要课题。

■ 本报记者 方正飞

北极海冰范围四季均在下降

北极海冰变化对局地及全球的大气、海洋系统有持续显著的影响,基于此,世界各国科学家高度关注并力图准确获取北极海冰的变化信息。1978年10月起,美国国家航空航天局开始提供海冰卫星遥感观测资料,截至目前已有40年,研究人员根据观测数据进行全北冰洋区域海冰的年际及年代际变化分析。结果表明,自1979年以来,北极海冰范围总体呈现持续下降的趋势,在2000年以后下降速率增大,并且在2016年达到海冰历年历史最低值。在不同季节内,北极海冰均呈现同比下降。其中秋季海冰下降趋势最快,其次为夏季、冬季,最后为春季。夏秋季北极海冰范围迅速减少的主要原因是北冰洋东半球海冰的快速融化,而冬春季北极海冰的减少则主要体现在北冰洋西半球海冰的融化。

不同于北极海冰的长期减少趋势,在1979年~2014年,南极海冰一直呈现缓慢增长的趋势,而在2015年之后,南极海冰突然呈现急速减少的趋势,并且于2017年达到历年最低值,低于原最低记录1986年。目前科研人员仍然无法科学合理地解释近年来南极海冰异常变化的发生机制。

极区海冰消长显著影响气候

极区是地球系统的重要组成部分,也是当前全球气候变化重要的响应区和驱动区之一。

预报中心气候室预报员李凯介绍,全球气候系统是由大气、海洋、陆面、冰雪和生物五大圈层组成的复杂系统,北极和南极包含了五大圈层及其相互作用的全部过程,因此南北极地区的气候变化十分复杂,其特殊的地理位置决定了两极地区在全球气候变化中具有不可替代的作用。南极冰盖、南极海冰、北冰洋和北极海冰是全球气候系统中重要的冷源;南极周边海域、南大洋和北大西洋分别是全球主要的底层水、中层水和深层水的来源地;南大洋具有全球大洋中唯一环绕地球的洋流——南极绕极流,连接着全球主要的海洋。极区特殊的地理特征对全球大洋热盐环流以及全球的水、热和物质输运都有着重要的作用。

极区海冰变化受全球气候变化的影响,也在一定程度上影响南北极区域及全球的气候变化。

预报中心气候室预报员隋翠娟解释说,首先,南北极海冰范围的变化影响极区的海-冰-气热量交换过程。当海冰覆盖范围增大时,极区整个海域的开阔水域范围与之对应减少,从海洋向大气中传输的热量和水汽相应减少;反之,当海冰覆盖范围减少时,极区的开阔水域范围对应增多,从海洋向大气中传输的热量和水汽相应增多。其次,因为冰雪的高反照率,极区海冰范围变化会改变南北极下垫面对太阳辐射能量的吸收,如果海冰覆盖范围较大,被海冰反射回去的太阳短波辐射增多,海表面吸收的太阳短波辐射相应减少,使得海表面净辐射为负值,导致极区海冰表面维持低温状态;反之,当海冰覆盖范围减少,被海冰反射回去的短波辐射减少,海表面吸收的太阳短波辐射相应增加,极区海冰表面温度升高。考虑到南北极海冰总范围占全球大洋面积的比例较大,其范围变化所带来的海-冰-气之间的热量交换,以及对物质平衡的影响十分显著,继而影响了极区的生态系统和全球气候系统。

极地海冰和气候变化会对中高纬度的气候,特别是我国气候产生显著影响。例如北极海冰减少能够对北美、欧洲和东亚的冷冬及多雪起到关键作用。目前科研人员对我国气候预测时,已经将北极海冰变化作为一个重要的因子考虑。

北极两翼冰融影响不同

目前,北极海冰融化如何影响中纬度天气气候是备受瞩目的焦点问题之一,也是当前国际研究的热点和前沿问题。预报中心气候室为解答这个问题,基于大气环流模式,设计了3个对照试验,目的是检验欧亚大陆气温对北极海冰融化的敏感性及非线性响应。其中,第一个试验设计为北极大西洋一侧海冰融化对北半球大气环流的影响;第二个试验设计为北极太平洋一侧海冰融化对北半球大气环流的影响;第三个试验设计为大西洋和太平洋海冰双侧融化对北半球大气环流的影响。

试验结果显示,北极大西洋单侧冰融化对欧亚大陆气温的影响强于太平洋扇区单侧冰融化,双侧冰融化的影响反而最小。这表明北极海冰的减少对欧亚大陆气温影响最大的是大西洋一侧冰的融化,其次是太平洋一侧冰的融化,但双侧融化时由于西伯利亚高压正常或偏弱,基本无明显降温区域。试验还强调了欧亚大陆冬季气温、大气环流变化对北极冰融化的非线性响应关系。

中科院大气物理研究所研究员刘骥平也认为,北极海冰消融对全球气候有影响,但是不会产生颠覆性的影响。“对中高纬度地区天气气候影响比较大,出现极端天气事件的频率将会增加。特别是对冬季的影响更大,严寒天气事件可能增加”。

北极增温带来“炸弹气旋”

2018年2月以来,北极北纬80°以北地区气温持续升高,2月25日前后,北极气温在短时间内大幅增加,格陵兰东北侧区域增幅最大,气温飙升至0℃以上,高出该区域同期水平近30℃。而在该时段内北极整体气温高出同期近20℃,刷新了历史纪录。2018年夏天,北极圈再次受到极端高温的侵袭,尤其是北极圈内的挪威班纳克7月30日观测到32℃的高温。

“如果北极这种增温现象频繁发生,会导致中高纬度地区极端事件多发。”李凯说。北极的频繁增温加速海冰融化,改变极区的海水—海冰—大气之间的热量和水汽交换,最终使海冰继续加速融化,极地气温继续加速上升。北极增温使极地和中纬度地区温差减少,会引起极端事件发生的频率增加,导致热浪、洪水、干旱、极寒、暴雨雪等极端天气。

2018年初,“炸弹气旋”连续两次袭击北美地区并造成剧烈降温、暴雪和狂风暴雨等恶劣天气,同时引发麻省近岸区域发生严重风暴潮灾害,城市被海水倒灌,沦陷为一片汪洋。“炸弹气旋”是中纬度温带气旋在24小时内中心气压急剧降低、强度急剧增大的气象系统,多发于冷季的洋面上,特别是西北太平洋黑潮和西北大西洋墨西哥湾流区域,对海上航行安全及沿岸人民生产生活具有重要的影响。“炸弹气旋”伴随着强降水、强风等极恶劣的灾害性天气,是中纬度海洋上最危险的天气系统之一。

对于北美两次遭受“炸弹气旋”袭击的原因,李凯解释说:“2018年1月份以来,极涡不断增强并向南移动,极涡南下带来的北极冷空气,通过和大西洋上空潮湿温暖的空气不断碰撞,加速了气旋中心气压的急剧下降,从而使得四周空气不断涌入形成强风暴。随着全球气候变暖,北极海冰不断减少,北极气温加速升高,极地与中纬度地区的温差缩小,极地高压对极涡的控制能力减弱,极涡更容易偏离北极地区南下。而北美的地势为南北走向,缺少山脉阻挡,使得极涡更容易从此路径南下”。

同时,李凯也表示,“炸弹气旋”能够通过能量频散的形式影响欧亚大陆的环流形式,对我国天气系统产生一定影响。这些现象及其内在机制,还有待科学家进一步研究。同时,也为防灾减灾工作提出了新的课题。 

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