给大家推荐5篇关于北极的计算机专业论文

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春夏季北极涛动与云属性对北极九月海冰减退的影响机制研究

这是一篇关于北极,北极涛动,云属性,海冰减退的论文, 主要内容为卫星观测数据显示,北极海冰正以远超自然变率的速度快速减退,尤其在融冰期末的九月最为显著。大量诊断分析和数值模型的结果表明,北极海冰减退不仅是北极放大效应和北极能量平衡的关键指标,也是中低纬度极端天气和全球大气和海洋环流的重要影响因子。因此,研究北极海冰减退的可能机制对于理解和预测未来全球气候变化具有十分重要的意义。自发现北极云能干扰海冰与太阳辐射之间的辐射反馈以来,北极云在海冰减退中的重要性就得到广泛关注。先前的研究发现,作为影响北极下垫面辐射收支最直接的云属性,云辐射强迫(Cloud Radiative Forcing,CRF)与北极海冰密切相关。另外,作为北半球大气环流的主要模态,北极涛动(Arctic Oscillation,AO)也能对北极海冰变率产生重要影响。但是目前的研究主要聚焦于AO影响北极海冰变率的动力学机制,对AO影响北极海冰变率的热力学机制研究还较为缺乏,尤其是AO能否通过影响CRF来调节北极海冰变率,对该问题的理解尚不透彻。另外,全球持续变暖,气候快速变化,CRF、AO与海冰之间的相互作用的仍是一个复杂的问题。因此,本文主要利用了1979–2020年共42年的ERA5再分析资料的云属性和温度数据,美国国家冰雪中心(National Sea Ice Data Center,NSIDC)的海冰密集度(Sea Ice Concentration,SIC)数据以及美国气候预测中心(Climate Prediction Center,CPC)的北极涛动指数(Arctic Oscillation Index,AOI)数据,从季节尺度出发,分析了北极春夏季云属性气候态概况,然后探讨了AO对CRF的影响及机制,并重点讨论了九月海冰时空变化特征以及感兴趣区域(Region of Interest,ROI)内,即:北冰洋太平洋扇区内的九月海冰变率对春夏季云属性、AO的响应特征,得出以下主要结论:1.在靠近太平洋的北冰洋海域,春季长波云辐射强迫(Long Wave(LW)CRF)和总云水含量(Total Cloud Water Content,TWC)均出现极大值,这可能与该区域内海冰减退严重密切相关。在开阔水域,春季低云量(Cloud Fraction,CF)较密集冰区少,而高CF较密集冰区多,可能与春季开阔水域增温更快,对流活动更强有关。从春季CRF与CF、TWC的相关关系来看,CF与LW CRF的正负相关关系同时存在,随着云层高度的升高,CF与LW CRF的正相关关系整体趋于增强,正相关关系所覆盖的区域向近太平洋一侧的北冰洋开阔水域扩张,CF与LW CRF的负相关关系整体减弱,所覆盖的区域趋于缩小。各高度层TWC主要与LW CRF呈现出正相关关系,且比CF与LW CRF的正相关关系在范围上更广,在强度上更强,这可能与水汽的直接辐射效应有关。2.在夏季,北极短波云辐射强迫(Short Wave(SW)CRF)的极小值也出现在靠近太平洋的北冰洋海域,可能是该区域海冰减退加剧,云反照率效应增强的结果。北极夏季CF和TWC的分布规律相似,且整体数值都较春季大,这与夏季海冰减退,大气与海洋的水汽交换作用增强关系密切。在东西伯利亚海和拉普捷夫海的部分海域同时观测到了低CF(TWC)的极小值和中高CF(TWC)的极大值,可能与该区域内夏季低空水汽以辐散为主,中高空水汽以辐合为主有关。从夏季CRF与CF、TWC的相关关系来看,SW CRF与各高度层的CF(TWC)同时存在显著的正相关与负相关关系,随着高度的升高,正负相关关系均有所减弱。SW CRF与TWC的相关性整体上较SW CRF与CF的相关性更弱。另外,夏季北极低云在调控SW CRF变率方面的重要性最为突出。3.春季AOI与同期LW CRF的异常变化呈显著正相关,夏季AOI与同期SW CRF的异常变化也呈显著正相关,且这种相关关系均在ROI最为显著。但是,在大气环流背景场下,春季LW CRF与夏季SW CRF对大气条件的响应有所差异。在正AOI期间,春季低空大气的不稳定性和整层高度上CF、低空TWC的增长促进了LW CRF的增长趋势。在正AOI期间,夏季低空大气的不稳定性和CF、TWC的增长趋势无法对SW CRF的增长做出解释,说明在ROI内SW CRF的增长可能与其他的动力学和/或热力学过程有关。4.在ROI内,春季LW CRF正异常和AO正相位均对同年九月海冰减退有显著促进作用,春季LW CRF占海冰范围(Sea Ice Extent,SIE)变率成因的32.5%左右,春季AOI约占SIE变率成因的11.7%。春季LW CRF和AO对海冰的影响并非是孤立的,春季正(负)AOI能通过促进(抑制)LW CRF的增强来达到加快(阻碍)九月海冰的减退的目的。同样,春季异常强(弱)的LW CRF也能通过增大(减小)AOI从而达到加快(阻碍)九月海冰的减退的结果。然而,春季CF与TWC对海冰预测的先兆作用没有得到体现,可能是因为CF与TWC对海冰变率的影响是通过云辐射效应间接产生的。5.在ROI内,九月海冰的增长(减少)受到同年夏季SW CRF增长(减小)和AOI增大(减小)的促进作用,夏季SW CRF占到SIE变率成因的39.7%左右,其重要性较春季LW CRF更为突出,夏季AOI约占SIE变率成因的8.6%,其对九月海冰预测机制中的重要性较春季AOI稍差。夏季SW CRF与AOI对海冰的影响并非是孤立的。夏季正(负)AOI能通过增大(减小)SW CRF来达到促进(抑制)九月海冰的增长的目的。同样,夏季SW CRF的异常高(低)值也能通过增大(减小)AOI从而达到促进(抑制)九月海冰的增长。另外,夏季TWC的增长(减少)也会显著抑制(促进)北极海冰生长,TWC的变化占到海冰变率的10.8%左右,但偏相关计算的结果表明,夏季TWC没有通过云SW辐射过程,而是通过其他热力和/或动力过程对九月海冰产生影响。

全球变暖背景下近十年来北极海冰变化分析

这是一篇关于海冰变化,海冰密集度,被动微波遥感,AMSR-E,北极的论文, 主要内容为在全球变暖背景下,北极海冰,特别是夏季海冰覆盖范围不断缩小。北极海冰的变化与全球和区域气候、生态系统和人类活动密切相关。自从上世纪70’年代来,随着卫星遥感技术的发展,被动微波由于受云雨天气影响较小,并且不受北极极昼极夜现象限制,具有其他频段不可替代的优势,成为长期快速获取北极冰情的主要技术方法。高级微波扫描辐射计(AMSR-E)自2002年运行以来获取了北极地区每天的高分辨89GHz两种极化方式的亮温数据,可以用来计算海冰的密集度参数。本文利用从2002年6月到2011年2月期间北极地区的6.25千米分辨率海冰密集度数据,计算每天的海冰边缘线面积和海冰面积,用这两种面积参数去计算分析北极海冰的变化特征和变化趋势。将北极整体海冰分为长期冰和季节性冰。长期冰主要由多年冰构成,在一年中夏季海冰融化末期仍然保留；季节性冰主要由一年冰构成,在夏季融化末期全部融化。通过对长期冰和季节性冰边缘线范围内的密集度数据进行地图代数运算,分析长期冰和季节性海冰的空间变化趋势。主要研究结果如下： (1)2002年到2010年10年间北极海冰边缘线面积的减小速度为82800平方千米每年。除春季外,其他季节的海冰面积的减小速度都大于海冰边缘线面积的减少速度,说明在这些季节里随着海冰边缘线面积的减少,边缘线范围内的海冰密集度也在减小。 (2)根据海冰边缘线面积距平的正负来分,2003、2004年的冰情相对较重,为正距平。2007年为负距平年份,冰情为这些年份中最轻的。2005、2006、2008、2009和2010年为正距平和负距平交替出现的年份,说明这些年份的冰情较为居中。 (3)长期冰减少的区域主要在北冰洋周围的波弗特海、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,其次是喀拉海部分与大陆相接海域和伊丽莎白女皇群岛周围的海域。在长期冰减少的同时,长期冰减少的区域变为季节性冰覆盖区域。除了由于长期冰的减少导致季节性冰增加之外,格陵兰岛西海岸的戴维斯海峡、白令海以及鄂霍次克海北部的季节性海冰也出现了增多。格陵兰岛东海岸的格陵兰海、巴伦支海部分海域、波罗的海和鄂霍次克海的南部海域季节性海冰出现了减少的趋势。 (4)2003-2010年间北极年平均海冰边缘线面积与年平均气温呈现强的负相关关系,相关系数为-0.81。

春夏季北极涛动与云属性对北极九月海冰减退的影响机制研究

基于卫星数据的北极海冰长期变化研究

这是一篇关于北极,海冰密集度,反照率,海表温度的论文, 主要内容为海冰是极地气候重要组成部分。卫星遥感技术的应用也使得对海冰大尺度，长时间序列的研究成为可能。卫星数据显示，近年来北极海冰覆盖急剧下降。本文采用1982-2004年NOAA/AVHRR反照率，海表温度数据和Nimbus-7/SMMR，DMSP/SSM/I海冰密集度数据进行讨论分析。选取了七个北极海域，分别位于格陵兰海（海域A）、巴伦支海（海域B）、喀拉海（海域C）、拉普捷夫海（海域D）、东西伯利亚海及其邻近海域（海域E）、楚科奇海及其邻近海域（海域F）和波弗特海及其邻近海域（海域G），对北极海冰长期变化进行了研究。格陵兰海域和巴伦支海域夏季反照率,海冰密集度较低，多为无冰海面；喀拉海域、拉普捷夫海域、东西伯利亚海及其邻近海域六月份反照率,海冰密集度较高，七、八月份海冰加速融化，海冰密集度下降明显；楚科奇海和波弗特海及其邻近海域夏季反照率、海冰密集度较高。反照率与海冰密集度的夏季区域平均序列相关性比较高，最低相关系数为0.51，最高相关系数为0.94。分析23年夏季海表温度和海冰密集度的时间序列发现，不同海域不同月份呈现出不同相关性。 1982-2004年,七个海域反照率和海冰密集度均呈现下降趋势，西部的楚科奇海和波弗特海及其邻近海域下降速度最快，巴伦支海域下降速度最慢。海域E、海域F和海域G海表温度呈现上升趋势；海域B和海域D海温呈现下降趋势，且海域B较海域D下降速度快；海域A和海域C海表温度变化趋势不明显。海表温度和海冰密集度数据主成分分析结果显示，1982-2004年七个海域海冰密集度第一模态均呈现下降趋势。海域B和海域D海表温度第一模态时间序列均呈现下降趋势，海域E、海域F和海域G呈现上升趋势，海域A和海域C变化趋势不明显。与区域月平均序列变化趋势一致。对海表温度和海冰密集度第一模态时间序列进行傅里叶频谱和小波频谱分析，结果显示均存在显著地年际变化。

基于无线电探空仪对北极地区云与逆温的观测研究

这是一篇关于北极,逆温,云,无线电探空仪的论文, 主要内容为北极对全球的天气以及气候系统有着非常重要的意义。但是由于缺乏密集的观测,北极的大气情况一直没有得到充分的研究。本文利用了中国第5次北极科学考察,以及Ny-(?)lesund站的高分辨率探空资料,通过相对湿度云检测算法,和逆温检测算法对北极地区的云和逆温展开了深入研究。利用中国第5次北极科学考察2014年7月-9月的高分辨率无线电探空数据,研究了北冰洋对流层低层云和逆温(TI)的特征。统计分析表明,逆温多发生在离地高度(AGL)700米以下,上午和中午总体上的频率分布没有明显的日变化。早晨贴地逆温(SBI)的出现频率要显著高于中午,而悬浮逆温(EI)在早上的出现频率低于中午。早上低云相比于中午出现频率更多,这也导致了早上悬浮逆温较多。贴地逆温更容易出现在天气晴朗无云的时候。此次研究还发现,海平面气压(SLP),下对流层稳定度(LTS),与逆温的强度厚度有着显著正相关关系。并且天气尺度涡旋系统会降低逆温的强度与厚度,高压系统会使得逆温强度与厚度都更强。同时也发现来自中纬度大陆长时空输送的黑炭,也有可能会影响极地的逆温,有助于逆温增强。利用Ny-(?)lesund站的2017年4月到2019年9月的高分辨率无线电探空数据。分析了北极逆温和云的季节变化,日变化特征,以及在不同环流形势下的特征。研究发现在Ny-(?)lesund站的云大多数呈现双层结构,并且在海平面7 km以上季节变化显著,可能与对流层顶的季节变化有关。逆温的垂直频率呈现双峰分布结构,夏季的逆温强度总体上最强。悬浮逆温顶与底的温度在冬季最低,贴地逆温顶的温度在春季最低,可能与海温的季节性变化有关。本文利用T-PCA方法划分了5种天气型,发现天气型对低层云的影响更明显,但由于北极地区较为寒冷,天气型对高层的云的影响并不显著。总体上,在气旋型系统下的逆温层更薄。此研究旨在通过观测为北极地区的云与逆温的垂直结构提供更多的了解,并期望能为数值模式的云参数化提供参考。

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