“Cooling the Coldest Continent: The 4 December 2021 Total Solar Eclipse over Antarctica” 是越来越多的“日食气象学”文献之一。该文献记录了2021年12月4日的日全食对南极洲气象的影响。日食引起的降温幅度在南极洲各地有很大差异，这主要取决于太阳辐射亏损，但也受到风场和行星边界层深度的显著影响。尽管如此复杂，但研究人员发现全物理数值模型能够重现这种复杂的模式。
日食是令人印象深刻的天文事件，自古以来就让人们感到好奇。地球上平均每18个月左右就会发生一次日全食（TSE），但有一个特殊地点大约每380年才出现一次日全食。
日食代表了一种自然实验，可用于检验简单或复杂的模型。“日食气象学”领域现已记载数十次事件，这篇文章是第二篇报道南极洲日食的文章。在2021年12月4日的日食中，太阳被月亮挡住大约2小时，导致南极洲各地出现不同食分，包括从大西洋东南部到阿蒙森海并经过Ronne–Filchner冰架和Ellsworth Land的一个拱形带状区域内大约1分钟的全食。
这篇文章描述了这次日食的气象影响，主要是对近地表气温的影响。一个有限的观测网络表明，日食引起的降温范围为0至5℃，最显著的降温发生在达到最大食分后10~20分钟内。这种大范围的不均匀降温与南极洲各地看似均匀的冰盖地表不一致，因此需要进一步分析。
研究人员通过一个非常简单的地表能量平衡模型发现，在天气晴朗时，最大降温取决于太阳辐射亏损，而太阳辐射亏损又取决于食分与非日食期间太阳辐射入射通量的乘积。这也解释了为何这次事件中的最大降温发生在南极洲东部高原（该区域的食分大约为80%）但太阳在地平线上足够高。南极洲边缘附近非常明显的云层的存在打破了这种依赖关系，并导致许多区域即使位于全食路径之下也不会出现温度变化。
图片说明：
（a）2021年12月4日的日全食期间的最大食分（ω：太阳被月亮遮住的比例）。红线圈出了日全食的区域（ω=100%）。白色虚线为ω=80%、60%、40%、20%时的等值线。
（b）南极洲观测站的近地表气温下降。
（c）使用简单辐射模型估计的日食引起的近地表温度下降。
（d）使用WRF模型估计的日食引起的近地表温度下降。
这一简单模型可用于粗略估计降温，但未考虑任何动力学效应，而且必须预先设定云量。为了进一步确定日食的影响，研究小组使用WRF进行了数项成对（分别启用和禁用日食）数值实验。正如先前研究的发现，在WRF中实施的日食模块如实再现了日食引起的太阳辐射减少。WRF模拟的降温与观测结果非常一致（特别是当考虑到两次估计的不确定性时），并揭示了相当复杂的降温和地表压力增加的模式。
在该模型的框架内，可以明确考虑云量对实际太阳辐射亏损的影响。在南极洲西部的大部分区域，实际辐射亏损与降温之间存在密切联系，但研究人员也发现，南极冰穹的海边斜坡区域的降温幅度远小于预期。在日食期间，南极洲东部的这些区域经历了强风，将温暖的海洋空气平流输送到了内陆，形成了更深的行星边界层。因此，研究人员假设南极洲存在两种状态，这两种状态决定了日食的气象影响。南极洲西部和大部分内陆高原的静止条件为辐射状态提供了基础，在这种状态下，日食引起的最大降温主要取决于入射太阳辐射的实际减少，而这种减少又取决于晴空的“天文”食分和云层的存在。南极洲东部边缘的强风导致了一种动力学状态，在这种状态下，日食引起的降温幅度非常小，与实际太阳辐射亏损无关，原因在于强力平流输送海洋空气和深层PBL削弱地表降温效果。动力学状态向内陆的延伸受到斜坡地形的限制。
论
文
🔹论文标题：
Cooling the Coldest Continent: The 4 December 2021 Total Solar Eclipse over Antarctica
🔹作者及机构：
René Garreaud，智利大学地球物理系和气候与复原力研究中心，智利圣地亚哥；
Roberto Rondanelli，智利大学地球物理系和气候与复原力研究中心，智利圣地亚哥；
Deniz Bozkurt，智利大学气候与复原力研究中心（智利圣地亚哥）、瓦尔帕莱索大学气象系（智利瓦尔帕莱索）；
Carl Spangrude，蒙大拿太空基金会，蒙大拿州米苏拉市；
Tomás Carrasco-Escaff，智利大学气候与复原力研究中心，智利圣地亚哥；
Ricardo Muñoz，智利大学地球物理系，智利圣地亚哥；
Xavier M. Jubier，IAU，法国巴黎；
Matthew Lazzara，威斯康星大学麦迪逊分校南极气象研究与数据中心、麦迪逊地区专科学校，威斯康星州麦迪逊；
Linda Keller，威斯康星大学麦迪逊分校南极气象研究与数据中心，威斯康星州麦迪逊；
Patricio Rojo，智利大学天文系，智利圣地亚哥
🔹通讯作者：
Patricio Rojo，pato@das.uchile.cl
期刊介绍
Bulletin of the American Meteorological Society
本刊是针对大众读者的AMS旗舰期刊，覆盖天气、水和气候领域的同行评审文章、简述、评论和趣事短文。
美国气象学会公报 /
BAMS
ISSN: 0003-0007
eISSN: 1520-0477
https://www.ametsoc.org/index.cfm/ams/publications/bulletin-of-the-american-meteorological-society-bams/
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