夏季北冰洋海冰融化過程中能量分配的研究.pdf

1、海冰是北極最重要的自然現(xiàn)象之一，它強(qiáng)烈制約著海洋和大氣之間的熱量交換。在過去的幾十年里，北極夏季海冰覆蓋范圍、海冰厚度、多年冰的數(shù)量都發(fā)生了劇烈的變化。特別是2007年和2008年，Beaufort海海冰邊緣線一直向北退縮，在高緯度地區(qū)出現(xiàn)無冰區(qū)。同時(shí)在海冰邊緣區(qū)，由于冰和海洋的相互作用，而使太陽短波輻射能不僅僅用來加熱海洋和以凈長(zhǎng)波輻射的形式向大氣釋放熱量，而且還有一部分太陽輻射能用于海冰的側(cè)面融化和底面融化。氣溫的持續(xù)升高，使海洋以

2、感熱和潛熱的形式從大氣中獲得熱量。在海冰邊緣區(qū)，冰下海洋的溫度和鹽度也有了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，特別是在15-40米深的海洋表層有次表層暖水和較弱的鹽躍層的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。 本文應(yīng)用一個(gè)海洋與海冰耦合的柱模式，利用2007年月平均的太陽短波輻射能、云量和大氣溫度，來研究海冰邊緣區(qū)海水吸收的太陽短波輻射能在海冰、海洋和大氣中的熱量分配。海水吸收的太陽短波輻射能主要用于海冰的側(cè)面融化、海冰的底面融化、海洋的增溫和海洋向大氣釋放的熱量四個(gè)方面，其中海

3、洋向大氣釋放的熱量占太陽短波輻射的百分?jǐn)?shù)隨海冰面積的變化不大，維持在9％左右。而其它三方面所占太陽短波輻射的百分?jǐn)?shù)與初始海冰面積的不同而變化比較大，其中海洋獲得了大部分太陽短波輻射能。海洋和大氣的熱量交換包括感熱、潛熱和凈長(zhǎng)波輻射，海洋以感熱和潛熱形式從大氣獲得熱量，以凈長(zhǎng)波輻射的形式向大氣釋放熱量，但整體是海洋向大氣輸送能量。當(dāng)海冰尺度比較小時(shí)，用于海冰側(cè)面融化的熱量占太陽短波輻射的百分?jǐn)?shù)比較大，而對(duì)于比較大的海冰，用于側(cè)面融化的熱量

4、可以忽略。在海冰邊緣區(qū)，由于從海冰進(jìn)入海洋的太陽輻射能較小，因此海洋獲得的能量主要是從冰與冰之間的水域進(jìn)入的。海冰密集度的變化受海冰尺度的影響比較大，尺度越小海冰融化的越快，因此，在夏季融冰季節(jié)，海冰破碎在海冰融化過程中起重要的作用。海冰厚度的變化受其尺度的影響比較小，其中不同尺度的海冰厚度之間的差異是由于海冰底層融化引起的。 在海冰邊緣區(qū)，根據(jù)第三次北極考察所獲得的海洋數(shù)據(jù)，分析了在這一特殊區(qū)域海洋所特有的溫鹽結(jié)構(gòu)：次表層暖水

5、和弱的鹽躍層。對(duì)這一結(jié)構(gòu)我們用海冰和海洋耦合模式進(jìn)行分析，進(jìn)而確定太陽短波輻射是形成次表層暖水的關(guān)鍵能量來源；海冰的側(cè)面融化對(duì)弱鹽躍層產(chǎn)生起重要的作用。太陽短波輻射能中有很大的比例用于了海洋的增溫。由于海洋表面的溫度接近冰點(diǎn)，海洋吸收的能量主要用來加熱混合層和冰下15-40米深度的海水。同時(shí)，次表層暖水的溫度極值及其在海洋中的位置與海冰的尺度、海冰密集度和海冰厚度有關(guān)。海冰破碎度是表征海冰尺度大小的表觀物理量，本文考慮了不同初始海冰面積