GRL, JGR Atmospheres: 基于MOSAiC观测资料开展北极海冰界面过程研究
学术
科学
2024-06-25 15:00
北京
中山大学/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）杨清华教授团队基于MOSAiC观测数据，在北极大气-海冰-海洋相互作用研究中取得了新进展，为准确理解北极海冰和低层大气变化提供了新的视角和方法。最新的两个研究分别发表于Geophysical Research Letters和Journal of Geophysical Research: Atmospheres。
全球变化背景下，北极海冰正在经历快速变化，北极进入“新北极”的气候状态。为了深入认识新气候背景下的北极大气-海冰-海洋相互作用过程，国际上于2019-2020年组织了近20年来规模最大的北冰洋现场科考“北极气候多学科漂流冰站计划（MOSAiC）”。中山大学/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）杨清华教授团队基于MOSAiC观测数据，在北极大气-海冰-海洋相互作用研究中取得了新进展，为准确理解北极海冰和低层大气变化提供了新的视角和方法。在海冰下界面，海洋和海冰之间的热通量是影响海冰质量平衡的关键过程，其中冰点温度是计算海洋热通量的关键参数。然而，现有研究尚未充分认识冰点温度参数化对海冰厚度模拟的影响。利用MOSAiC期间采集的大气、海洋和海冰观测数据，结合海冰柱模式ICEPACK，研究团队评估了冰点温度参数化对海冰厚度模拟的影响。研究发现，海冰厚度的模拟对采用不同的冰点温度参数化方案较为敏感，现有的冰点温度参数化方案会导致较大的海冰厚度模拟偏差。本研究结合冬季海表温度提出了一种改进的冰点温度参数化方案，并将该方案应用于MOSAiC期间所有浮标的海冰厚度数值模拟试验，发现新方案能够有效提高海冰厚度模拟精度，将平均绝对误差从7.4厘米减少到了4.2厘米（图1）。图1. 逐月海冰厚度模拟与观测之间的平均偏差比。不同颜色表示使用不同的冰点温度参数化方案，其中Mushy-m为本研究提出的新方案。图片来源：Gu等，2024在海冰上界面，大气边界层结构对海冰-大气物质能量交换有着至关重要的影响。然而，北极中央海区观测数据的缺乏限制了我们对该区域大气边界层结构特征的理解，目前的研究在很大程度上依赖于大气再分析数据。利用MOSAiC观测资料，研究团队评估了ERA5再分析数据集中的大气边界层高度（PBLH）产品。研究发现，在高海冰密集度条件下ERA5的PBLH存在显著高估（图2），这可能与ERA5在高海冰密集度时存在较大的近地表温度和比湿偏差有关。此外，由于ERA5难以准确捕捉垂直风切变，导致其在中性层结下的PBLH表现较差。最后，该研究基于随机森林方法建立了一套针对ERA5 PBLH数据的误差校正模型，为获取准确的北极大气边界层高度数据提供了新途径。图2. MOSAiC PBLH和 ERA5 PBLH之间的差异。PBLH 根据不同的季节、海冰密集度、边界层层结和总云量进行分类。图片来源：Xi等，2024https://doi.org/10.1029/2024GL108281![]()
https://doi.org/10.1029/2024JD040779
