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《中国气象科学研究院》 2017年
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东北亚海冰变化特征及其原因分析

肖王星  
【摘要】:本文主要利用1979-2016年美国雪冰中心(NSIDC)海冰数据、国家海洋环境预报中心的冰情等级资料和NCEP/NCAR的再分析逐日气象数据和环流指数,分析了东北亚海冰的时空变化特征及其与大气环流异常之间的联系,并探讨了东北亚海冰异常变化的可能原因。最后揭示和讨论了鄂霍茨克海区海冰变化与北冰洋整体海冰变化之间同步变化现象及其中的影响机制,得到的主要结论有:(1)各海域冬春季两个季节的海冰年际变化特征基本一致。同时鄂霍茨克海海冰冬春季均呈显著下降趋势,白令海冬春季及日本海冬季海冰范围上升趋势和黄渤海冰情减弱趋势均不明显。同时,不同海域不同季节之间存在不同的周期信号和转折年份。(2)利用EOF方法,分解出冬季东北亚海冰的典型空间模态及时间系数。第一模态方差贡献率为40.1%,相比于第二、三模态的方差贡献较为明显。第一模态的空间特征主要体现为白令海海冰增加的同时鄂霍茨克海海冰减少的反位相变化趋势。东北亚海冰变化的主要特征为鄂霍茨克海海冰的显著减少。其中时间系数PC1呈现显著上升趋势,并在2004年前后发生了明显地转折,2004年以后多处于正位相,表明第一模态是近13年东北亚海冰变化的主要空间变化特征。(3)利用回归分析和合成分析,发现东北亚海冰异常通过影响海冰湍流热通量,进而影响各高度层上的温度场,具有明显局地响应。同时,海冰变化与各层大气环流场异常之间存在紧密的联系。从高层到低层,大气环流处于一个准正压状态,大气对海冰为优势强迫作用。作用的可能机制为从对流层高层到中层的环流场及风场异常向下传导,影响对流层低层和近地层的环流系统,从而使得东北亚海表温度产生变化,最终使得东北亚海冰发生异常。(4)利用SVD分析、相关分析及合成差值分析方法,初步探讨了影响东北亚各海区海冰异常变化的影响因子。研究发现影响东北亚各海域海冰的因子各不相同,从而使得海冰的变化特征存在明显差异性。其中白令海海冰的影响因子主要有:北极太平扇区海冰的运输作用和冷却水作用、风场(封闭和运输)、洋流(千岛寒流、PDO)、大气环流(极涡、西伯利亚高压等)和局地气旋异常(阿留申低压);而鄂霍茨克海海冰变化与西伯利亚高压、极涡、东亚和乌拉尔大槽及前期西伯利亚和大西洋中部的温度异常存在明显联系;日本海则主要受局地冬季风控制;黄渤海海冰则主要受极涡、西伯利亚高压以及前期我国北部气温的影响。(5)通过对北极海冰与东北亚各海域海冰变化特征进行对比,发现鄂霍茨克海海冰与北极海冰存在同步变化,这主要是因为两者均与北极气温的变化存在密切联系,北极气温可以通过影响鄂霍茨克海上空的气温变化,从而在一定程度上控制鄂霍茨克海海冰的变化。另一方面,鄂霍茨克海海冰2004年突变是由于北极气温和鄂霍茨克海气温在2004年之后的异常增温造成的,而西伯利亚高压的加强北移是影响北极气温突变的重要因素,因此在三者共同作用下,鄂霍茨克海的冬季海冰在突变年份之后呈持续异常偏少的趋势。
【关键词】:东北亚海冰 北极 突变 大气环流
【学位授予单位】:中国气象科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P731.15
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-11
  • 第一章 引言11-19
  • 1.1 研究目的及意义11-12
  • 1.2 研究区域介绍12-13
  • 1.3 国内外研究进展13-16
  • 1.3.1 海冰的时空变化特征13-14
  • 1.3.2 海冰与大气环流的关系14-15
  • 1.3.3 海冰与区域气候15-16
  • 1.4 本论文研究内容和创新点16-19
  • 第二章 资料与方法19-27
  • 2.1 资料说明19-21
  • 2.1.1 海域边界资料19
  • 2.1.2 海冰资料19-21
  • 2.1.3 气象资料21
  • 2.2 方法简介21-26
  • 2.2.1 线性倾向估计21
  • 2.2.2 相关分析21-22
  • 2.2.3 小波分析22-23
  • 2.2.4 MK突变分析23
  • 2.2.5 EOF分析23-24
  • 2.2.6 合成分析24-25
  • 2.2.7 奇异值分解(SVD)方法25-26
  • 2.3 海冰指数的定义26-27
  • 第三章 东北亚海冰的时空特征27-39
  • 3.1 东北亚海冰的各月空间分布特征27-29
  • 3.2 各海域海冰指数年内变化特征29-31
  • 3.3 各海域海冰年际变化特征31-37
  • 3.4 本章小结37-39
  • 第四章 东北亚海冰极端年份的环流差异39-53
  • 4.1 冬季东北亚海冰典型模态39-40
  • 4.2 东北亚海冰变化的局地响应40-42
  • 4.2.1 热量通量输送40-41
  • 4.2.2 温度场41-42
  • 4.3 极端冰年的环流差异场分析42-52
  • 4.3.1 200hPa环流差异分析43-44
  • 4.3.2 500hPa环流差异分析44-46
  • 4.3.3 850hPa环流差异分析46-48
  • 4.3.4 1000hPa环流差异分析48-49
  • 4.3.5 1000hPa温度场49-52
  • 4.4 本章小结52-53
  • 第五章 东北亚海冰异常变化的可能原因53-61
  • 5.1 鄂霍茨克海海冰异常变化的可能原因53-56
  • 5.1.1 鄂霍茨克海海冰与气象要素的耦合分析53-55
  • 5.1.2 鄂霍次克海海冰与环流指数相关性分析55-56
  • 5.2 其他三个海域异常变化原因探讨56-58
  • 5.3 本章小结58-61
  • 第六章 冬季北极海冰与鄂霍茨克海海冰的同步变化分析61-69
  • 6.1 北极海冰与鄂霍茨克海冰的一致性变化61-62
  • 6.2 北极海冰与鄂霍茨克海区海冰一致性变化的可能原因62-67
  • 6.3 本章小结67-69
  • 第七章 总结与讨论69-71
  • 7.1 内容总结69-70
  • 7.2 讨论70-71
  • 参考文献71-77
  • 致谢77-79
  • 作者简介及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果79

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