巴伦支海海冰年际变化的物理机制研究

Barents Sea is a relatively shallow marginal sea of the Arctic Ocean, connecting warm Atlantic and cold Arctic. Because of its important location and strong interaction among ocean、atmosphere and sea ice, the Barents Sea is a critical.region in climate system and plays an important role in local and Northern Hemisphere climate, as well as in the prediction of future climate. The temporal and spatial variation of sea ice in the Barents is influenced by the heat transport of North Atlantic current and the sea ice export from the Arctic Ocean. However, there’s no agreement on the mechanism controlling the sea ice inter-annual.variability in the Barents Sea. A global sea ice-ocean coupled model FESOM with refined resolution in the Arctic region will be employed in this study. We will use numerical simulations to quantify thermo-dynamical and dynamical processes, which drive sea ice change, then further to reveal the physical mechanism controlling sea ice inter-annual variability.

巴伦支海是北冰洋的浅水边缘陆架海，是连接温暖的大西洋和寒冷的北冰洋的重要纽带之一，巴伦支海因其位置的重要性、海-气-冰相互作用的显著性，在北极局地气候系统、北半球气候系统以及未来气候预测中扮演重要角色。巴伦支海海冰的时空分布和变化主要受北大西洋热输送和北冰洋海冰的动力输送的影响。目前，对巴伦支海海冰年际变化的控制机制尚未达成共识，本项目将采用一个北极海区高分辨率的全球可变分辨率的海冰-海洋耦合模式FESOM，从作用于海冰变化的热力学、动力学的基本过程出发，通过理想实验，研究和揭示控制巴伦支海海冰年际变化的物理机制。

北冰洋海区(包括巴伦支海、白令海等)是全球气候系统的关键组成部分，其海冰、热量和水体输运等变化对全球海洋和气候变化有着重要影响。本项目采用基于有限元方法的全球可变分辨率的海冰-海洋耦合模式FESOM，对北冰洋海洋-海冰热动力过程展开高分辨率的数值模拟，通过改变大气强迫场中热力、动力不同驱动因素，进行敏感性实验，从而探讨控制北冰洋区域海冰年际变化和水体输运年际变化的物理机制。.项目研究过程中，利用全球冰-海耦合模式FESOM和CORE-I、CORE-II大气强迫场进行控制实验和改变北冰洋海区大气强迫场的敏感性实验，发现模式对进入北冰洋的白令海峡贯穿流的模拟结果很好，并且该组实验可以用来研究控制白令海峡贯穿流的年际变化机制。因此该项目针对在研究过程中发现的这一新问题展开了研究，在揭示控制白令海峡贯穿流的年际变化物理机制方面取得重要研究进展，主要研究结论如下：1）在过去的几十年中(1968-2009)，北冰洋内部和外部风场在量值上对白令海峡太平洋入流的年均体积输运量的变化有相似的贡献；2）白令海峡太平洋入流的年际变化主要是由大气动力强迫（风场）的变化引起的，大气热力强迫场（热量和淡水通量）引起的海洋表面浮力的作用相对较小；3）北冰洋的内部和北太平洋的风场驱动白令海峡太平洋入流变化非常不同，两个区域的风场对体积输运的极端异常事件显示出不同等的贡献；4）太平洋的风应力强迫不仅通过调节海表面高度来改变体积输运，而且还可以通过改变白令海中的海洋环流来改变入流的温度和盐度；5）1994 年以来，北冰洋内部的风场强迫对白令海峡的影响要大于北冰洋外部，因为近十几年来北冰洋一侧的风的 变化更剧烈。对近几十年白令海峡贯穿流的年际变化机制的揭示，有助于提高在未来气候变化情景下我们对北冰洋变化的预测能力。.项目中利用FESOM模式开展的北冰洋24km分辨率的数值模拟的模式输出数据为公开数据，可以进一步利用开展对北冰洋海洋、海冰等过程的研究。