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資料以及反映太陽活動11年周期變化的太陽黑子數資料,研究了太陽活動與南極海冰變化的可能聯系和其中涉及的物理過程。結果表明,太陽活動偏強年,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。通過定義一個反映上述變化的南極海冰偶極子指數,我們發(fā)現其與南極濤動（Antarctic Oscillation,AAO）的變化具有顯著的負相關關系,與AAO密切相聯系的繞極急流的非對稱性結構在這一過程中起到了關鍵作用。當AAO強度較強時,西風急流在南極半島-威德爾海一帶向南偏轉,在羅斯海附近向北偏轉,引起暖空氣易于進入南極半島-威德爾海,而更多的冷空氣進入羅斯海外圍,從而造成海冰分布的偶極子結構。而當AAO為負位相時,情況與上述相反。對流層AAO模態(tài)對太陽活動的響應,可能在太陽活動與南極海冰兩者的聯系中起到了橋梁作用。進一步的研究揭示出太陽活動影響AAO的信號很可能源于平流層溫度的響應,再通過對流層的平均經圈環(huán)流的調整,大氣質量得以重新分布,在太陽活動偏強年,對流層低層易于出現負的AAO... 

【文章來源】：極地研究. 2020,32(03)北大核心CSCD

【文章頁數】：11 頁

【部分圖文】：

圖5 年平均南極半島-威德爾海(紅色實線)、羅斯海外圍(藍色虛線)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)的時間變化序列.所有序列均為經過標準化處理后的結果

圖1 南極海冰、大氣環(huán)流場與太陽黑子數(SSN)指數的回歸分布型.a)年平均的海冰密集度(等值線,間隔:1.5×10-2)與SSN指數的回歸分布型;b)850 hPa風場(矢量,單位:m·s-1)與SSN指數的回歸分布型.淺、深色陰影分別表示通過90%、95%置信度檢驗的區(qū)域;圖a中實線(虛線)表示正值(負值),紅色(藍色)梯形框表示選定的典型的正值(負值)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(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異常,這與AAO負位相的分布特征較為一致。事實上,將1979—2018年期間年平均南半球20oS以南的海平面氣壓場進行經驗正交函數分解,第1模態(tài)(方差貢獻31.8%)就表現為緯向對稱、而經向上是極區(qū)和中緯度地區(qū)的偶極形態(tài),反映的是大氣質量在南半球中、高緯度之間的反向變化,也即AAO的強度變化(圖3b),故本文將第1模態(tài)對應的標準化時間系數定義為AAO指數。已有的研究證實了自20世紀70年代以來,AAO表現出明顯的年代際增強趨勢[40],這種變化趨勢主要由溫室氣體的增長和平流層臭氧損耗所導致[41]。因此,圖3c給出的是去掉線性趨勢后的標準化AAO指數與SID指數的時間演變序列,可以看出兩者基本呈反位相變化,計算1979—2018年期間AAO指數與SID指數原始序列的相關系數為-0.52(通過99%置信水平),去掉線性趨勢后兩者的相關系數為-0.34(通過95%置信水平),這說明AAO與SID之間具有顯著的負相關關系。

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(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異常,這與AAO負位相的分布特征較為一致。事實上,將1979—2018年期間年平均南半球20oS以南的海平面氣壓場進行經驗正交函數分解,第1模態(tài)(方差貢獻31.8%)就表現為緯向對稱、而經向上是極區(qū)和中緯度地區(qū)的偶極形態(tài),反映的是大氣質量在南半球中、高緯度之間的反向變化,也即AAO的強度變化(圖3b),故本文將第1模態(tài)對應的標準化時間系數定義為AAO指數。已有的研究證實了自20世紀70年代以來,AAO表現出明顯的年代際增強趨勢[40],這種變化趨勢主要由溫室氣體的增長和平流層臭氧損耗所導致[41]。因此,圖3c給出的是去掉線性趨勢后的標準化AAO指數與SID指數的時間演變序列,可以看出兩者基本呈反位相變化,計算1979—2018年期間AAO指數與SID指數原始序列的相關系數為-0.52(通過99%置信水平),去掉線性趨勢后兩者的相關系數為-0.34(通過95%置信水平),這說明AAO與SID之間具有顯著的負相關關系。Lefebvre等[14]的工作指出繞極急流對AAO影響南極海冰變化起到了關鍵作用,所以圖4a、4b將海冰密集度及850 hPa風場分別回歸到SID指數、AAO指數上進行比較分析。可以看到,無論是海冰密集度還是低層環(huán)流異常,圖4a和4b均呈現出截然相反的響應。SID指數為正時,繞極西風減弱,別林斯高晉海-威德爾海外圍一帶風向具有偏北的分量,造成更多的冷空氣進入該區(qū)域,引起海冰密集度增加；其余地區(qū)風向具有偏南的分量,有利于暖空氣的流入,導致海冰密集度減少。與此相反,AAO強度偏強時,繞極西風急流明顯增強,別林斯高晉海-威德爾海外圍一帶西風具有偏南的分量,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)西風大都具有偏北的分量,導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果一致。

【參考文獻】：
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本文編號：3282621