暖北极—冷大陆：新增北极开阔水域的气候影响外文翻译资料

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学年论文(课程设计)

题 目：暖北极—冷大陆：新增北极开阔水域的气候影响

目 录

1. 摘要及关键词............
2. 引言....................
3. 主要内容................

1. 参考文献................

暖北极—冷大陆：新增北极开阔水域的气候影响

张靖玮

南京信息工程大学海洋科学学院

1. 摘要及关键词

摘要：最近的北极变化可能是由于耦合的北极放大机制与加强了的北极气候和亚北极天气之间的联系有关。历史上，海冰在秋季迅速增长会带来强烈的负辐射反馈。但海冰的流动性增加、多年海冰的减少、新增无冰海区热存储的加强以及风场形式的改变与正反馈过程相关。北极系统的单向变化易受偶然发生的大气和海洋内在变率以及持续增加的温室气体的组合影响。 2009/10的冬季和 2010年12月显示了北极和更南地区天气模式之间呈现出独特的联系：典型的极涡被北极中部高位势高度和中纬度低位势高度所取代时会导致了创纪录的降雪量和低温，一个暖北极—冷大陆模式。北极更高位势高度的出现以及增强的经向风与未来40年的海冰的持续损失在物理上相一致。主要的挑战就是要理解北极变化与诸如NAO、北美太平洋和厄尔尼诺南方涛动这样的的气候模态之间相互作用。

关键词：气候变化；海冰；大气的循环；北大西洋涛动

Warm Arctic—cold continents: climate impacts of the newly open Arctic Sea

ZhangJingwei

School of Marine Sciences, Nanjing University of Information Science amp; Technology

Abstract：

Recent Arctic changes are likely due to coupled Arctic amplification mechanisms with increased linkage between Arctic climate and sub-Arctic weather. Historically, sea ice grew rapidly in autumn, a strong negative radiative feedback. But increased sea-ice mobility, loss of multi-year sea ice, enhanced heat storage in newly sea ice-free ocean areas, and modified wind fields form connected positive feedback processes. One-way shifts in the Arctic system are sensitive to the combination of episodic intrinsic atmospheric and ocean variability and persistent increasing greenhouse gases. Winter 2009/10 and December 2010 showed a unique connectivity between the Arctic and more southern weather patterns when the typical polar vortex was replaced by high geopotential heights over the central Arctic and low heights over mid-latitudes that resulted in record snow and low temperatures, a warm Arctic-cold continents pattern. A tendency for higher geopotential heights over the Arctic and enhanced meridional winds are physically consistent with continued loss of sea ice over the next 40 years. A major challenge is to understand the interaction of Arctic changes with climate patterns such as the NAO, Pacific North American and El Nino-Southern Oscillation.

Keywords:

Climate change; sea ice; atmospheric circulation; North Atlantic Oscillation.

1. 引言

北极正在改变。 2007年9月最低北极海冰范围比气候态低37％。自2007年以来所有年份的海冰最低限度低于2007年之前的程度，在十月冻结季节期间（美国国家雪和冰数据中心2011）海冰一直保持在历史最低水平。北极海盆多年冰的海冰厚度和量也有继续下行的趋势（Kwok等2009; Kwok＆Untersteiner 2011）。考虑北极夏季无冰海域越来越多并不是过去10年所特有的想法。在19世纪有一种猜想认为北极是被开阔水域包围，20世纪初期北极大西洋部分的海冰相对较低。我们追求一种假设，即尽管在高纬度占主导作用的负辐射反馈强度，北极的气候其实易受多个单向放大机制的影响，从而对可以改变北极状态的外部的强迫敏感（Miller等，2010）。这种强迫可能是以内在变率的形式变化，表现为源于北极或低纬度的大气和海洋循环异常，持续不断增加的人为温室气体的影响，或者最可能来自两者的结合。

1. 主要内容

北极极地海域海冰的覆盖受南方向北极输送的大量热量的影响这一想法至少有142年的历史。Silas Bent是一位经验丰富的美国海军水文学家，他在1868年提倡这个理论（图1）。所谓的“开放的极地海洋”在当时引起了热议。考虑到当时北极中心是完全未被勘探的，这一理论在当时是合理的（Bent 1870年，1872年; Chavanne 1875年）。从现今的角度来看，十九世纪的地理推断很容易被驳倒，但在那时典型的华丽论辩背后往往有一些深刻的见解。在冬季，大气向外太空的热量损失与大气从海洋和中纬度地区平流获得的热量接近于平衡（Serreze等，2007; Rhines等，2008）。在夏季，大气平衡转移到太空进入海洋的热量损失和从太阳辐射和中纬度平流的获得。图1意味着这样一种收支，在大西洋和太平洋地区的正确位置有主要的北向热量通道。美国国家大气研究中心（NCAR）气候模式（CCSM3）显示，未来的北极海冰损失可能部分归因于海洋热平流组分（Holland等2008）。Silas Bent的简化插图在几年前看起来还很古怪，但随着北极浮冰变得更薄、更流动、对热通量和其他局部过程更敏感，这样的看法变得越来越少了。

长时间序列对近期的北极变化提供了参考。地球在大约在1万年前进入了全新世（图2a）。由于极轴的倾斜度增加以及更椭圆的轨道，全新世最适宜期出现在6-8000年前。北极的夏天很温暖，但是由于Kepper第二定律（行星在同等时间内扫出相同的面积）夏天会是短暂的，所以年度净辐射对这段时间内潜在海冰损失的影响是不确定的（Miller等，2010; Funder等，2011）。当我们分析1802年至今基于合成站点记录（Wood 等，2010年）得到的北大西洋北部地区年平均气温（SAT）时间序列（图2b），我们看到19世纪的温度相对于20世纪世纪来说普遍比较低。本质上，寒冷和黑暗的极地条件主宰年度热量收支。那时气温是足够低，所以大范围的全年海冰覆盖和强大的大气极涡得以维持。这减少了北极和较南地区之间的可能联系。相反，随后的二十世纪初和二十一世纪初期则有两个明显的变暖时段：20世纪初的变暖（ETCW）事件开始于20世纪20年代左右，而当前的大规模的气温上升正在发生。 如下一节所述，ETCW提供了一个说明北极气候对外部强迫的敏感性的例子。接下来是对现在的气候变暖和在北极和亚北极之间天气和气候的越来越多联系的证据的讨论。

图1 Bent建议的北极热通道（1872年）。 （图像

libr0568，国家海洋和大气管理局藏书珍藏。）

图2（a）不同资料重建的全新世温度。 黑线是一个复合。 （该图是一个修改在http://commons.wikimedia.org/wiki/File在线图形版本：Holocene_Temperature_Variations.png由R.A.创建 罗德使用数据来自网站上列出的各种来源。）（b）每年的延期北大西洋的平均地面气温（SAT）记录基于复合陆地台站记录的边界地区（Wood 等人，2010）显示百分之九十五的置信限度。年代际尺度用双向巴特沃斯低通滤波器来强调变化被构造去除每年高于0.1个周期的频率（黑线）。 20世纪初的变暖事件和近期温度升高是明显的。 从伍德等。（2010年）。

20世纪初期变暖

开始于大约20世纪20年代，在北极的大西洋地区，观测到了明显的正SAT异常。到20世纪30年代初，人们认识到大量的气候波动已经发生在一片广阔的区域并且与重要的环境和社会影响有关（Kincer 1933; Scherhag 1937; Wood＆Overland2010）。 在北极的太平洋一侧，阿拉斯加的巴罗（图3）没有观测到ETCW。环境的影响包括从格陵兰岛西部到俄罗斯北部的平行升温，冰川的减少和大西洋和巴伦支海的海冰范围减少，北欧海域表面温度异常，跨极海冰漂移速率的增加以及海洋和陆地生物地理学的普遍转变。（例如，Jensen 1939; Koch 1945; Ahlmann 1948）。这些影响与最近的记录相似（Symon等2005）。

ETCW的最终原因还没有解决。是内在变异还是某种形式的自然或人为强迫在ETCW的出现中占主要因素仍然存在争议（Veryard 1963;Hegerl等人2007）。然而，在那时已广泛地认识到大气环流发生了很大的变化（例如Scherhag 1937; Zubov1948年; Bjerknes 1963）。特别是根据观察，斯瓦尔巴特群岛和北大西洋北部最大的SAT正异常与该地区南风增加，风暴比前几十年更频繁有关（Petterssen1949; Hesselberg＆Johannessen 1957;Grant等。 2009）。现在越来越清楚的是，增加的大气经向环流模式促成了ETCW，但其持续时间可能与通过海洋平流形成的长期放大效应、北大西洋地区海洋蓄热和海冰过程有关（Wood＆Overland 2010）。这种现象的机制也有助于解释一个更令人困惑的ETCW波动特征：格陵兰岛和北欧的平行升温发生，而动态引起的冬季气温明显的东西反向变化即北大西洋涛动（NAO）还在持续。

海冰覆盖的减少可能提供了一个支持巴伦支海区域变暖的放大机制，并增加ETCW的寿命。基于数据和模型研究，Bengtsson等人（2004年）表明无冰区海表面热通量异常促进了暖空气平流和海冰的进一步减少。海洋热容量和北大西洋边界的北向循环的巨大变化是很明显的（Dickson 2002）。有鉴于此，ETCW的近因可以被解释为本质上是由北大西洋北部异常的南/北风引起的随时间变化的随机气候偏移，这种偏移由北极海洋 - 大气 - 海冰耦合过程所放大。

图3 1938年8月的海冰范围（Thomsen，1939）。

请注意斯瓦尔巴群岛北部和卡拉海的海冰缺乏。

21世纪初期北极放大

早在Manabe＆Stouffer（1980）的气候模型预测中，北极是21世纪初地球上增温最快的地区（图4）。北极60°N以北的年平均气温异常相对于1971 - 2000年的平均气候态超过1.0°C;巴伦支海东北部、喀拉海，东西伯利亚海和楚科奇海地区以及毗邻的海岸地区的温度异常超过2摄氏度。北极温度异常至少是最低纬度地区的两倍，与ETCW不同，它扩展了北极地区。

北极放大可能有多种原因（Bekryaev 等，2010; Miller 等，2010; Serreze＆Barry 2011）。尽管放大在传统上与海冰的局部损失和冰反照率反馈相关的，但是极地放大也是极向热传输的必要条件（Langen＆Alexeev 2007; Graversen＆Wang

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