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1、第12卷第4期极地研究Vol.12,No.42000年12月CHINESEJOURNALOFPOLARRESEARCHDecember2000研究论文X北冰洋浮冰区的气象要素特征程彦杰卞林根陆龙骅逯昌贵(中国气象科学研究院,北京100081)提要利用中国首次北极科学考察队观测的气象资料,初步分析研究了1999年8月19～24日北冰洋浮冰(75°N,160°W)上的温、压、湿、风、云量、辐射、海表温度、冰面及冰中温度等气象要素变化特征,并结合500hPa高度场分析了该期间的天气过程。结果表明:在考察期间海面与冰面温度日变化差异明显。除晴天夜间出现逆温外,气温随高度增大而减
2、小,冰面为热源,不断有向上的热量输送。海温则稳定少变。冰中热交换主要发生在冰下0～40cm深度。由于有海上湿平流等影响,存在“逆湿”现象。晴天反射率具有明显日变化,早晚大,中午小。海冰表面平均反射率约为0.76。辐射与云量特别是低云量的关系密切。关键词北冰洋浮冰气象特征反射率逆湿1前言极地是全球变化研究的关键地区,该地区的环境变化是大气科学家十分关心的一个问题(Stoufferetal.,1989)。在北极地区,自70年代以来,海冰面积一直在持续减少(LiuandBian,1999)。1978年以来的微波遥感资料显示出北极海冰逐渐收缩减少(Johannessen,199
3、5)。北极涛动(AO)作为北半球高纬度的首要模态,自80年代初开始显示出正的变化趋势,可能与全球气候变化有密切关系(Hurrell,1995)。北极下垫面状况的改变,会对局地的能量收支和天气气候状况产生影响,进而对我国乃至全球的气候变化产生影响。为此,有必要了解北冰洋上的天气和气候状况,特别是浮冰区的近地面气象要素的变化规律。由于北冰洋高纬度地区的气象资料十分贫乏,对该地区的气象条件知之甚少。Brummer(1997)根据观测飞机和定点观测的10次北极冬季冷空气爆发过程计算出边界层的水热收支状况。Lindsay(1998)根据前苏联的冰站资料研究了X[收稿日期]2000
4、年5月收到来稿,2000年7月收到修改稿。[基金项目]北极科学考察和国家自然科学基金资助项目(49975006)[作者简介]程彦杰,男,1971年生。1995年于南京气象学院天气动力学专业获硕士学位。现为中国气象科学研究院极地气象研究室助理研究员,主要从事极地天气气候及边界层气象研究。254极地研究第12卷北极海冰边界层能量分量。但是过去的工作大部分是利用浮标站的资料进行分析,其精度有一定的局限性,且下垫面状况变化很大,观测点不能固定。1999年7月～9月,我国组织了首次北极科学考察,其目的之一就是研究北极地区的冰-海-气能量和物质交换,正确理解北极在全球气候和环境变化
5、中的作用,及其对我国天气、气候的影响(中国首次北极科学考察队,2000)。这次考察所获取的气象观测资料对于研究和认识北冰洋高纬度浮冰区的天气特征具有重要的作用。2观测和资料2本次北极考察时,选择了一块直径约300m的浮冰,设立了联合冰站(75°N,160°W)。采用梯度观测系统、辐射平衡分量和雪廓线观测系统等先进仪器,进行了6天的综合观测。其中气象考察资料包括总辐射、反射辐射、大气逆辐射、地面长波辐射、温度、气压、湿度、风向、风速、冰温、云量、云状和天气现象等。本文根据这次联合冰站获取的气象资料,结合相应的500hPa高度场资料对北冰洋浮冰区的天气和气象要素的变化进行分
6、析。3天气特征观测期间的500hPa高度场清楚地反映出8月19日～8月22日北冰洋上空的天气过程(图1a、b)。夏季8月份,极涡控制着60°N以北的大部分区域,测站位于南北两个低压以及东西两个弱高压之间的鞍型场中。但受到接近测站的低压的影响,19～20日天气以阴为主,有时出现小雪和雾。随着低压系统逐渐减弱,21～22日天气多云。8月23日开始,原测站以东的高压加强,逐渐控制测站上空,天气转晴,能见度增加到10km,有利于野外考察作业。冰站观测到的气压时间序列(图2)同样说明从低压到高压影响的变化过程。8月19日(第1天)地面气压最低,第2～3天其气压逐渐上升,第4天达到
7、最高,地面开始受高压控制并稳定少变,第6天地面高压开始减弱。分析表明,地面高压比高空500hPa高压中心超前1天到达,这说明高压系统随高度增加向西倾斜,存在显著的斜压性。4气象要素特征8月19～24日的0.5m和8m高度上的时间序列如图3a所示。冰面风速随高度增加而增大,表明有动量不断下传。风速大小与大尺度的气压梯度有关。从地面气压图2可知,在第1～3天,受测站南部的低压外围影响,气压梯度大,对应风速强,8米最大风速达到10m/s以上,当测站被高压控制时,气压梯度小,风速减小,降至2m/s以下。从风速的平均日变化图(图3b)可以看出,风速
