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北极海冰精准预测,不仅仅关系气候变化

来源:科技日报2019-07-11 09:45

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  中国科学院大气物理研究所最近发布了今年北极海冰最小覆盖范围预测结果,根据该所海冰研究团队研发的北极海冰集合同化数值预测系统,2019年9月北极海冰覆盖范围最小值约为420万平方公里,接近历史第二低值。

  北极海冰覆盖面积是如何计算出来的?北极海冰面积与人类生活有什么关系?科技日报记者就此采访了团队负责人、中国科学院大气物理研究所研究员刘骥平。

  数值模式直接关系预测准确性

  刘骥平告诉记者,目前北极海冰季节预报有两种手段,一种是较为简单的统计方法,另一种是复杂的数值模式。

  每年9月,北极海冰覆盖范围出现最小值。传统的统计方法是在不同变量间建立关系,即利用历史海冰、大气和海洋数据建立统计模型,然后将其应用到对海冰覆盖面积最小值的预测。

  与统计方法不同,另一种是动力数值模式。该模式分为两类,一类是考虑海冰和海洋两个分量的海冰—海洋耦合模式,其使用给定的历史大气情况去驱动海冰—海洋耦合模式进行海冰预报;一类是用完全耦合的包括大气、海冰和海洋三个分量的模式进行海冰预测。

  “如果用完全耦合方式,模式会变得非常复杂。”刘骥平说,与其他机构研发的模式相比,团队研发的北极区域模式考虑了大气、海冰、海洋三个分量模式。“大气分量会直接影响预测的准确性,但在模式模拟中耗时也最多,按照在超级计算机上运算的工作量来说,海冰和海洋分量的工作量约占40%,而大气分量约占60%。”

  利用动力数值模式开展海冰预测,依赖于初始海冰的状态,如从6月1日开始预测9月最小值,需要6月1日观测的海冰状态。

  刘骥平同时表示,与其他观测手段相比,卫星遥感具有大尺度、实时与连续观测的特点,可以为模式提供更准确、更合理的海冰初始条件,进而减小模式的模拟偏差,提高北极海冰的预测能力。但卫星遥感的缺点也显而易见,其只能比较好地观测到海冰覆盖情况,对海冰厚度和其他状态的估算有比较大的误差,这样会给海冰预测带来不确定性。但卫星遥感海冰监测和信息提取技术为发展业务化海冰数值预报提供了重要技术支撑。

  海冰预测精度目前还远远不够

  北极海冰的快速减少和变薄已引起了国际上的广泛关注,并对许多利益相关者提出了挑战,包括北极航道航行安全、气候变化研究、自然资源开发和可持续发展、地缘政治、北极沿岸部落群体生活方式等。

  坚冰覆盖的北极原本并不适合船只航行,随着全球气候变暖,北极海冰不断融化,这才让北极航道逐渐具备通航可能性。北极航道主要包括俄罗斯沿岸的东北航道、途经加拿大北部北极群岛的西北航道和穿越北冰洋中央公海海域的中央航道,东北航道是目前主要通航的路线,近年来,我国已试航成功的集装箱船走的就是东北航道。

  由于计算量大,目前全球气候模式只能给出空间分辨率约为100公里的北极海冰预测。对借道北极航道的商船来说,这个精度是远远不够的。

  “相比起来,北极区域气候模式的空间分辨率可以很高,我们目前给出的是约为20公里的北极海冰预测,但商船船东更关心的是几公里以内的海冰覆盖情况。”刘骥平告诉记者,目前团队正在开展3至5公里范围的海冰预测。

  北极海冰快速变化对我国的气候异常、环境状况等方面也有重要影响。北极海冰的减少可以通过减弱中高纬的西风急流,使得一些地区的阻塞形势出现的频率增加,北极冷空气向这些地区入侵的频率增加,可致这些地区冬季低温天气频繁和异常降雪。此外,北极海冰的减少,会影响大气环流,使得北方大气扩散条件减弱,引起冬春季雾霾的增加。

  但刘骥平说,准确地进行北极海冰跨季节预测依然充满挑战。陈 瑜

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