北极海冰的季节与年际变化分析开题报告
2022-01-08 10:01
全文总字数：3589字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
极地是地球表面的冷极，在全球气候系统中起着重要的调节作用。作为地球系统的重要组成部分，南极和北极系统包含大气、冰雪、海洋、陆地和生物等多圈层的相互作用过程，又通过全球大气、海洋环流的径向热传输与低纬度地区紧密联系在一起，极地环境的变化与地球其他区域的变化息息相关，极地在全球变化中具有重要的地位和作用。其中，北极气候环境变化对我国气候有着十分直接的影响，与我国的工农业生产、经济活动和人民生活息息相关。
中国的北极考察主要作业海区包括白令海、楚科奇海和加拿大海盆。其中，白令海是太平洋的边缘海，位于白令海峡南端，是太平洋水进入北冰洋的主要途径，对北冰洋的水团结构和海冰过程产生重要影响。楚科奇海是北冰洋的边缘海，南部通过白令海峡与白令海连接，北部与加拿大海盆相连，是平均水深小于60米的陆架海。加拿大海盆是水深近4000米的深水海域，是北冰洋的两大深水海盆之一。夏季北冰洋海冰有三个大范围融化的海区，楚科奇海是其中一个，是研究海冰过程的理想场所。
随着北极融冰加速，北极航道的开通开始被各国关注，海冰漂移的分析预测对航道开通有十分重要的作用。此外，北极海冰分布对于北极环境、渔业、气候变化、经济活动有重要影响，具有很高的研究价值。
北极航线的开通，对于我国国际贸易和沿海经济发展将产生深远影响。张侠等人认为，与传统航线相比，北极航线将使上海以北港口到欧洲西部、北海、波罗的海等港口航程缩短25% ～ 55%。北极航线的开通, 将大大拉近欧、北美和东亚等大市场的距离, 导致国际分工和产业布局发生变化, 进而影响我国沿海地区产业分工和经济发展战略布局。
国内外研究现状
| 1）北极状况的变化是了解气候变化的指示因子。Manabe 【1】等应用全球气候模式预测, 如果每年大气中CO2 含量增加1 %, 北极地区温度将升高5 ℃, 而亚北极地区会增加2 ℃。北极升温主要是由于海冰反照率的变化所引起的, 而亚极区则由于海冰边缘和雪线的退缩降低了表面的反照率。这样,在夏天吸收的日光量增加, 这些过量热将会在冬天释放回大气。
2）柯长青等【4】基于2002 年—2011 年AMSR-E 海冰密集度数据，分析了北极海冰的时空变化特征及其原因。结果表明海冰外缘线面积每年减小8． 28 10^4 km^2，下降趋势最快的季节为夏季，下降速度是1979 年—2006 年的两倍多，而且海冰密集度也在降低。2003 年、2004 年的冰情相对较重， 2007 年海冰面积最小。长期冰在2002 年—2010 年间减少了近30%，减少的区域主要在波弗特海、楚科奇海、东西伯利亚海、拉普贴夫海、喀拉海以及由这些边缘海向北极方向延伸的北冰洋的广大区域，长期冰减少的地方大部分为季节性海冰增加的地方。海冰面积与年平均气温之间有显著的负相关关系，随着全球气候变暖的加剧，这种减小趋势将会持续。
3）魏立新等【5】利用NASA的海冰密集度资料（1978.10-2002.9），计算并分析得出：北极海冰具有明显的季节变化, 海冰最多的月份在1 ~ 3 月、最少的在7 ~ 9 月,其中鄂霍次克海和白令海夏季无冰。
4）苏洁等【7】利用AMSR-E 的6． 25 km 分辨率日平均海冰密集度卫星数据，研究了2002—2008 年北极西北航道的海冰密集度变化特征。帕里水道是西北航道北路的主要流段，影响西北航道北路开通的主要因子是北部QEI 群岛的流冰输送、局地气温和大西洋暖流的流入。西北航道南路的海冰冰情总体比北路轻。如果气候持续变暖，那么西北航道在未来开通的可能性会不断增加，南路开通的可能性更大。北路开通的机制还没有完全清楚，但至少需要有高的局地气温，同时配合能够阻碍北部群岛间海冰流入帕里水道的大气环流背景。
5）武炳义等【8】利用19 53 一19 9 0 年海冰密集度资料, 研究了冬、春季节北极海冰的时空变化特征。结果表明: 冬、春季节海冰变率大的海区主要有巴伦支海、格陵兰海、巴芬湾、戴维斯海峡以及白令海; 在巴芬湾、戴维斯海峡和白令海海区, 冬季海冰变率比春季的大; 冬、春季节喀拉海、巴伦支海海冰面积均与春季白令海海冰面积呈反向变化关系, 与巴芬湾、戴维斯海峡海冰面积也存在相反的变化趋势。分析还表明: 北极海冰面积还表现出年代际时间尺度变化, 尤其在冬季。春季格陵兰海海冰明显存在12 年变化周期, 而在冬、春季节, 喀拉海、巴伦支海海冰存在10 年变化周期。
6）Parkinson 等【10】于1999年在卫星遥感观测显示中发现， 1979 年—1996 年北极海冰外缘线面积每10 年减少2. 9%，夏季每10 年减少4%—6%，冬季每10年减少0. 6% 。Comiso在2002年的研究成果中指出北极地区的多年冰在以每年10% 的速度消失，按这种消失速度推测，北冰洋将在2040 年的夏季出现无冰覆盖的情况。北极地区对全球气候和环境变化非常敏感，气温变化是北极海冰发生剧烈变化的重要原因。张璐等在2009年的研究中表明，表面气温的变化对海冰总体变化的贡献率超过20%。
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2. 研究的基本内容
1）学习北极海冰的相关知识，掌握国内外的研究现状；2）根据“北极海冰季节统计数据集”，绘制不同区域的海冰范围空间、时间上的变化图，并进行小波分析和滑动t检验，对北极海冰变化的周期和是否产生突变进行研究；3）根据“中国第五次北极海域水文考察ctd数据集”，绘制大西洋扇区和太平洋扇区的海水温度随深度的分布图，分析北极海冰分布的成因；4）根据“楚科奇海锚碇潜标观测数据集”绘制楚科奇海海流随深度的变化，以及不同时间段海流流向的图片，分析楚科奇海的海流对太平洋扇区海冰漂移的影响。 5）总结、讨论研究结果，并对未来研究方向进行展望。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
实施方案和进度安排：
1、第一期度（2018年3月)
根据导师意见，完善研究内容，制定研究工作计划；
4. 参考文献
1、 1、MANABE S , S TO UFFER R J , SPELMAN M J , et al.Transientresponse of a coupled ocean-atmosphere model t o gradual changes in atmospheri c CO2 :Part I .Annual mean response[ J] .J Climate , 1991 , 4(8):785-818 .2、 张侠, 屠景芳, 郭培清,等. 北极航线的海运经济潜力评估及其对我国经济发展的战略意义[J]. 中国软科学, 2009(s2):86-93.3、 陈立奇. 南极和北极地区在全球变化中的作用研究[J]. 地学前缘, 2002, 9(2):245-253.4、 柯长青, 彭海涛, 孙波,等. 2002年—2011年北极海冰时空变化分析[J]. 遥感学报, 2013, 17(a02):459-466.5、 魏立新, 张占海. 北极海冰变化特征分析[J]. 海洋预报, 2007, 24(4):42-48.6、 白春江, 李志华, 杨佐昌. 北极航线探讨[J]. 航海技术, 2009(5):7-9.7、 苏洁, 徐栋, 赵进平,等. 北极加速变暖条件下西北航道的海冰分布变化特征[J]. 极地研究, 2010, 22(2):104-124.8、 武炳义, 高登义, 黄荣辉. 冬春季节北极海冰的年际和年代际变化[J]. 气候与环境研究, 2000, 5(3):249-258.9、 张璐, 张占海, 李群,等. 近30年北极海冰异常变化趋势[J]. 极地研究, 2009, 21(4):344-352.10、 Parkinson C L, Cavalieri D J. Arctic sea ice variability and trends, 1979–2006[J]. Journal of Geophysical Research Oceans, 2012, 113(C7):-.
