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北極海冰精準預測 不僅僅關係氣候變化

發佈時間:2019-07-24
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中國科學院大氣物理研究所最近發佈了今年北極海冰最小覆蓋範圍預測結果,根據該所海冰研究團隊研發的北極海冰集合同化數值預測系統,2019年9月北極海冰覆蓋範圍最小值約為420萬平方公里,接近歷史第二低值。

北極海冰覆蓋面積是如何計算出來的?北極海冰面積與人類生活有什麼關係?科技日報記者就此採訪了團隊負責人、中國科學院大氣物理研究所研究員劉驥平。


數值模式直接關係預測準確性

劉驥平告訴記者,目前北極海冰季節預報有兩種手段,一種是較為簡單的統計方法,另一種是複雜的數值模式。

每年9月,北極海冰覆蓋範圍出現最小值。傳統的統計方法是在不同變數間建立關係,即利用歷史海冰、大氣和海洋數據建立統計模型,然後將其應用到對海冰覆蓋面積最小值的預測。

與統計方法不同,另一種是動力數值模式。該模式分為兩類,一類是考慮海冰和海洋兩個分量的海冰—海洋耦合模式,其使用給定的歷史大氣情況去驅動海冰—海洋耦合模式進行海冰預報;一類是用完全耦合的包括大氣、海冰和海洋三個分量的模式進行海冰預測。

“如果用完全耦合方式,模式會變得非常複雜。”劉驥平説,與其他機構研發的模式相比,團隊研發的北極區域模式考慮了大氣、海冰、海洋三個分量模式。“大氣分量會直接影響預測的準確性,但在模式模擬中耗時也最多,按照在超級電腦上運算的工作量來説,海冰和海洋分量的工作量約佔40%,而大氣分量約佔60%。”

利用動力數值模式開展海冰預測,依賴於初始海冰的狀態,如從6月1日開始預測9月最小值,需要6月1日觀測的海冰狀態。

劉驥平同時表示,與其他觀測手段相比,衛星遙感具有大尺度、實時與連續觀測的特點,可以為模式提供更準確、更合理的海冰初始條件,進而減小模式的模擬偏差,提高北極海冰的預測能力。但衛星遙感的缺點也顯而易見,其只能比較好地觀測到海冰覆蓋情況,對海冰厚度和其他狀態的估算有比較大的誤差,這樣會給海冰預測帶來不確定性。但衛星遙感海冰監測和資訊提取技術為發展業務化海冰數值預報提供了重要技術支撐。


海冰預測精度目前還遠遠不夠

北極海冰的快速減少和變薄已引起了國際上的廣泛關注,並對許多利益相關者提出了挑戰,包括北極航道航行安全、氣候變化研究、自然資源開發和可持續發展、地緣政治、北極沿岸部落群體生活方式等。

堅冰覆蓋的北極原本並不適合船隻航行,隨著全球氣候變暖,北極海冰不斷融化,這才讓北極航道逐漸具備通航可能性。北極航道主要包括俄羅斯沿岸的東北航道、途經加拿大北部北極群島的西北航道和穿越北冰洋中央公海海域的中央航道,東北航道是目前主要通航的路線,近年來,我國已試航成功的集裝箱船走的就是東北航道。

由於計算量大,目前全球氣候模式只能給出空間解析度約為100公里的北極海冰預測。對借道北極航道的商船來説,這個精度是遠遠不夠的。

“相比起來,北極區域氣候模式的空間解析度可以很高,我們目前給出的是約為20公里的北極海冰預測,但商船船東更關心的是幾公里以內的海冰覆蓋情況。”劉驥平告訴記者,目前團隊正在開展3至5公里範圍的海冰預測。

北極海冰快速變化對我國的氣候異常、環境狀況等方面也有重要影響。北極海冰的減少可以通過減弱中高緯的西風急流,使得一些地區的阻塞形勢出現的頻率增加,北極冷空氣向這些地區入侵的頻率增加,可致這些地區冬季低溫天氣頻繁和異常降雪。此外,北極海冰的減少,會影響大氣環流,使得北方大氣擴散條件減弱,引起冬春季霧霾的增加。

但劉驥平説,準確地進行北極海冰跨季節預測依然充滿挑戰。

文章來源:科技日報
責任編輯:葛蕾

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