与北大西洋接壤的北极海冰和年际气候变化

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1、简报第45卷第18期2000年9月与北大西洋接壤的北极海冰和年际气候变化武炳义黄荣辉高登义(中国科学院大气物理研究所,北京100080.Email:wby@mail.iap.ac.cn)摘要冬季与北大西洋接壤的北极海冰面积变化与北大西洋区域气候变化有着非常密切的联系.当冬季北大西洋涛动指数处于异常偏高(低)时期,冰岛低涡加深(减弱)位置偏北(南),北大西洋副热带高压也偏强(弱),并且位置也偏北(南),导致中纬度纬向西风偏强(弱),受其影响中纬度北大西洋海温升高(降低),因而增强(减弱)暖洋流向高纬度区域输送,流入巴伦支海的北大西洋海水增多(减少),致使巴伦支海南部混合层

2、水温偏高(偏低);同时,大气温度场分布也表明,欧洲北部及其相邻的北极区域增暖(变冷)以及巴芬湾戴维斯海峡附近区域气温降低(升高),致使喀拉海巴伦支海海冰减少(增多)以及巴芬湾戴维斯海峡海冰增加(减少).关键词冬季北大西洋涛动海冰面积北大西洋区域是影响气候变化的关键区之一.这里有携带巨大热量向北输送的最大暖洋流墨西哥湾流;有北大西洋深水环流以及影响长期气候变化的温盐环流异常大的盐[1]度异常,有人认为北大西洋海水大的盐度异常事件是仅次于ENSO事件的第二大海洋异常[2]信号.它的变化对深水环流的形成以及对长期气候变化的影响正日益引起人们的关注.此外,这里有全年都存在的北大

3、西洋涛动(NAO),除了南方涛动外,北大西洋涛动是气候[3][4]年际变化的一个主要源地.它与跨越大西洋进入欧洲的表面风场变化有比较密切的关系.[5]其变化可以解释北大西洋海平面气压场总方差的1/3以上,并且,它对北半球气温变化有最[6]大的贡献.因此,研究并了解北大西洋气候变化对于理解北半球乃至全球的气候变化是大有益处的.而北极海冰,尤其是与北大西洋接壤的格陵兰海喀拉海巴伦支海巴芬湾和戴维斯海峡海冰变化也受到人们的关注.在这些海区,海冰面积存在明显的年际变化和清晰的年代[7]际变化趋势.本文中,我们主要讨论喀拉海巴伦支海巴芬湾和戴维斯海峡海冰变化与年际气候变化的联系.

4、1数据资料和北极海冰的区域划分[8]本文用到的海冰资料是由美国Illinois大学Walsh教授提供的网格点海冰密集度资料.北半球1946~1989年月平均海平面气压资料是极射赤面投影的八边形网格点资料,这里用16点Bessel插值方法将其内插到5°×5°的网格上.1958~1996年月平均海平面气压850hPa大气温度取自NCEP再分析资料集,本文还用到1950~1992年2°×2°区域海温月平均资料以及1951~1990年西太平洋副热带高压面积和强度指数,1970~1994年月平均流入巴伦支海的平均海63水流量(10m/s)经Fuglfya-Bear岛剖面以及巴伦支

5、海南部大陆架Kolar(30°30E)处0~200m海水温度(取自文献[9]).首先,以海区来划分北极海冰,所划分的冰区如图1所示.本文主要讨论与北大西洋接壤的北极海冰变化,即喀拉海巴伦支海(82°N以南,20~100°E)巴芬湾和戴维斯海峡(80°N以南,45~80°W)海冰变化.1993第45卷第18期2000年9月简报图1(a)冬季北大西洋涛动指数(实线)与同时期巴芬湾戴维斯海峡海冰面积指数(虚线)变化曲线,(b)冬季北大西洋涛动指数(实线)与海冰面积指数之差(虚线)的年际变化.所有的数据均经过标准化处理2结果分析在本文中,北大西洋涛动指数定义为:标准化的两点海平

6、面气压(P(40°N,10°W)与P(65°N,[4]25°W))之差,这种定义方法与Hurrell的定义非常相似,他用葡萄牙Lisbon(38.8°N,9.1°W)与冰岛Stykkisholmur(65.1°N,22.7°W)的海平面气压之差来表示.冬季(12~2月)北大西洋涛动指数(实线)与同时期巴芬湾戴维斯海峡海冰面积指数(虚线)年际变化曲线见图1(a),由图中可见,北大西洋涛动指数存在显著的年际变化现象,从长期变化趋势来看,从20世纪40年代后期到60年代初期,北大西洋涛动一直在减弱;20世纪60年代中期以后逐渐变强,并且变化幅度加大,尤其是20世纪60年代末期

7、以后还表现出年代际变化趋势.图1(a)中显示,冬季北大西洋涛动指数与同时期巴芬湾戴维斯海峡海冰面积变化存在很好的对应关系.图1(a)中两条曲线所代表的时间序列的相关系数高达0.61,远超过0.01统计[10]显著性水平.已有的研究表明,冬季巴伦支海喀拉海海冰面积变化与巴芬湾戴维斯海峡海冰变化呈现相反的变化趋势,说明这两个海区海冰变化也存在类似跷跷板式的变化关系.为了综合反映这两个冷源之间的反向变化,本文定义冬季巴伦支海喀拉海与巴芬湾戴维斯海峡海冰面积之差来表征这两个冷源之间的变化,其随时间演变以及与北大西洋涛动指数的关系如图1(b)所示.