石佳琪1 , 罗彬禾2 , 罗德海1 , 姚遥1 , 宫婷婷3 , 刘屹岷1
1. 中国科学院大气物理研究所
2. 北京师范大学
3. 中国科学院海洋研究所
近几十年来,北极海冰密集度(sea-ice concentration, SIC)快速减少,尤其是在巴伦支-喀拉海(Barents-Kara Seas, BKS)减少最剧烈。然而,影响欧亚北极地区(包括格陵兰东部到巴伦支-喀拉海)海冰时空变化特征的因子尚不明确。我们的研究发现欧亚北极地区的SIC有两个主要模态,即单极子型模态和偶极子型模态。单极子型模态为从格陵兰东(East Greenland, EG)到BKS海域海冰呈现一致减少或增多的特征,其时间变率为年际尺度;偶极子型模态为EG海冰偏多(偏少)而BKS海冰偏少(偏多)的东西偶极子分布特征,表现出年代际尺度的变率。年际尺度上,海冰单极子型模态与大气北极偶极子(Arctic Dipole, AD)的年际变率密切相关,AD的正位相主要由北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)正位相和乌拉尔阻塞高压(Ural blocking, UB)构成,这会导致欧亚北极地区显著的偏南风异常,引起大气经向热量和水汽输送增加;同时,通过巴伦支海开口(Barents Sea Opening, BSO)向BKS地区输送的海洋热量也将增多,促进海冰的减少。对于海冰的年代际尺度变化,BKS和EG海冰的偶极型模态主要由BKS和EG间海洋热输送的反相变化所决定,它与大西洋年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO)和年代际尺度北极涛动(Arctic Oscillation, AO)有关。在年代际尺度上,AO的负位相主要由NAO负位相和UB构成。当AMO处于正位相、AO处于负位相时,通过BSO的海洋热输送偏多,同时从极地高纬度通过EG回流的冷水也偏多,这有利于BKS海冰消融及EG海冰的增加,从而形成海冰的偶极子模态。
最后,本文用多元线性回归来估计海洋和大气输送对欧亚北极地区海冰年际和年代际变化的相对贡献率。可以发现,1960-2017年大气输送和海洋热输送对海冰年际尺度变率的贡献分别为66%和34%;而年代际尺度上的大气输送和海洋热输送对海冰年代际变率的贡献分别为19%和81%,并在2000-2017年变为48%和52%,这预示着年代际尺度上大气对海冰的贡献在2000年后有加强的趋势。