1982-2016年北極開闊水域變化

李海麗,柯長青*

1982-2016年北極開闊水域變化

李海麗1,柯長青1*

(1.南京大學 地理與海洋科學學院,江蘇 南京210023)

近30年來,北極海冰覆蓋范圍大幅縮減,開闊水域也相應地發生顯著變化。本文利用美國雪冰中心的海冰密集度產品以及美國海洋和大氣科學管理局的海水表面溫度數據產品,分析了1982-2016年北極開闊水域面積以及開闊水域季節長度的年際變化,并進一步探討了海水表面溫度對開闊水域時空變化的影響。結果表明北極開闊水域面積平均每年增加55.89×103k m2,海冰消退時間以平均0.77 d/a的速度在提前,海冰出現時間以平均0.82 d/a的速度在延遲,導致開闊水域季節長度以平均1.59 d/a的速度在增加。2016年達到了有遙感觀測資料以來開闊水域面積和開闊水域季節長度的最大值,分別為13.52×106k m2和182 d。9個海區的開闊水域變化特征有一定的差異,對開闊水域變化貢獻最大的有北冰洋核心區、喀拉海和巴倫支海。海水表面溫度對開闊水域的變化有著重要影響,且影響的程度與緯度相關,即高緯度地區的海水表面溫度對開闊水域的影響高于低緯度地區。

海冰密集度;開闊水域面積;開闊水域季節長度;海水表面溫度

1 引言

北極海冰變化影響著北半球大氣與海洋環流[1],是北半球氣候變化的重要影響因素。近30年來,北極海冰呈顯著減小趨勢[2-4]。IPCC(Intergovern mental Panel on Cli mate Change)第五次評估報告中指出,北極海冰的消退速度((-48.0±3.0)×103k m2/a)大約是南極地區((-16.5±3.5)×103k m2/a)的3倍[5-6]。Cavalieri和Parkinson[7]研究了1979-2010年北極海冰變化趨勢,得出除了白令海,其他海區海冰外緣線和海冰面積都是減少的結論。Stroeve等[8]在分析1953-2006年海冰變化后分析得出,在融冰季節9月份的最小海冰外緣線面積急劇減小,海冰實際下降速度已經超過絕大部分模型的預測值。柯長青等[9]基于2002-2011年AMSR-E海冰密集度數據,得出長期冰在2002-2010年間減少了近30%。魏立新[10]基于NASA的海冰密集度資料計算并分析了1978-2002年的北極海冰面積、外緣線的時間變化趨勢以及空間分布,得出北極海冰具有明顯的季節變化,而冬季太平洋一側的鄂霍次克海和白令海的海冰變化趨勢是相反的。鄧娟[11]利用美國雪冰數據中心1979-2013年逐日海冰密集度產品,得出2007-2012年間海冰密集度變化尤為明顯,高值區面積大大縮小,海冰密集度低值區延伸到極點附近。導致海冰急劇變化的原因有很多[12],其中北極地區氣溫變化是海冰變化的重要因素[13-14]。研究證實北極地區對全球氣候和環境變化非常敏感,表面氣溫的變化對海冰總體變化的貢獻率超過20%[13]。基于歐洲中期天氣預報中心提供的逐日氣壓場、風場、海冰密集度資料以及美國冰雪中心提供的逐日海冰運動數據,得出1996-2012年較強氣旋的個數與海冰變化之間關系較為緊密[15]。另外,氣候要素中的表面凈太陽輻射也是影響海冰變化的因子之一,研究表明表面凈太陽輻射變化趨勢與海冰變化趨勢相反[16]。

開闊水域是海冰的相反面,是除去海冰區之外的區域。一些專家學者開始致力于對開闊水域的研究。Pabi等[17]發現從1998年開始,北極開闊水域面積以0.07×106k m2/a速度在增加。Arrigo和Dijken[18]利用SSM/I的37和85 GHz頻段的數據通過PSSM(Polynya Signature Si mulation Method)算法[19]反演得到的結果表明1998-2009年,北冰洋海冰消退時間平均每年提前2.4 d。海冰出現時間平均每年延后1.4 d,總共導致開闊水域季節長度增長了45 d。北極開闊水域面積的增加,不僅帶來海平面的抬升、開闊水域季節長度的變化,更影響到北極生物的生活以及生態系統的穩定[20-22]。

當前國內外對海冰時空變化的研究非常多,對開闊水域的研究相對較少,尤其是國內。分析開闊水域的變化一來有助于了解海冰的發展情況,對研究北極生物的生活以及北半球氣候變化起著很大的輔助作用。二來開闊水域季節長度的變化會影響到海洋凈初級生產力[22-25](Net pri mary production,NPP)的變化,研究分析開闊水域季節長度的年變化有助于分析NPP的變化趨勢。本文基于1982-2016年的海冰密集度產品,計算開闊水域面積、海冰消退時間、海冰出現時間以及開闊水域季節長度等[18]參數。進而分析開闊水域面積以及季節長度的年際變化。與此同時,基于1982-2016年NOAA月平均海表溫度再分析數據,探討北極海水表面溫度的時空變化及其與開闊水域的關系。

2 數據與方法

2.1 研究區

研究區除了北極圈以內(66°34'～90°N)的極地區域外,還包括極圈以外被海冰覆蓋的邊緣海、內海、海峽、海灣以及湖泊等[11]。由于開闊水域面積變化具有區域依賴性[26],故對研究區進行分區統計。按照Cavalieri和Parkinson的劃分方法,將研究區分為9個海區(圖1),分別為美國和加拿大東側的圣勞倫斯灣(Gulf of St Lawrence);格陵蘭島與北美大陸之間的巴芬灣/拉布拉多海(Baffin Bay/Labrador Sea);加拿大東部被大陸和島嶼包圍的哈得孫灣(Hudson Bay);格陵蘭島東側的格陵蘭海(Greenland Sea);歐洲北部的喀拉海和巴倫支海(Kara and Barents Seas);俄羅斯東側以及日本群島北面的鄂霍次克海和日本海(Seas of Okhotsk and Japan);北美和歐亞大陸間的白令海(Bering Sea);加拿大北部的加拿大群島海域(Canadian Archipelago);北半球中心的北冰洋核心區(Arctic Ocean core region)。

圖1 北極9個海區分布Fig.1 Distribution of nine sea areas in the North Pole

2.2 數據

2.2.1 海冰密集度

海冰密集度是指一個海區內海冰面積所占百分比[27]。海冰密集度數據來自美國雪冰數據中心(NSIDC),它由美國航空航天局(NASA)以及美國海洋和大氣局(NOAA)等共同建立,提供全世界范圍內的海冰、冰川和積雪等數據資料。數據來自幾種微波輻射計(表1):the Ni mbus-7 Scanning Multichannel Microwave Radiometer(SMMR),國防氣象衛星計劃(DMSP,Defense)-F8,-F11和-F13 Special Sensor Microwave/Imagers(SSM/Is),DMSP-F17,DMSP-F18 Special Sensor Microwave Imager/Sounder(SSMIS)。由于傳感器之間存在著些許差異,為了使差異最小化,改變了使用SMMR和SSM/Is傳感器的預估海冰范圍和海冰面積的海冰算法系數。海冰密集度數據的反演采用了由NASA戈達德宇宙飛行中心水循環實驗室海冰分部提出的NASA Team算法[28-31]。

海冰密集度數據來源于兩個產品:Sea Ice Concentrations from Ni mbus-7 SMMR DMSP SSM/I-SSMIS Passive Microwave Data和Near-Real-Ti me DMSP SSMIS Daily Polar Gridded Sea Ice Concentrations。第一個產品是1982年1月到2014年12月的數據,第二個產品是2015年1月到2016年12月的數據。兩個產品的數據空間分辨率都是25 k m×25 k m,時間分辨率分為每隔一日一次和每日一次。數據覆蓋南、北兩極,均為TIF格式,有逐日數據、月平均數據以及年平均數據。北半球海冰密集度產品為統一的長方形格網形式,投影都是北極方位投影。

表1 被動微波傳感器平臺及數據采用起始和終止時間Tab.1 Passive microwave sensor platfor mand the start and stop using ti me of data

2.2.2 海水表面溫度

海水表面溫度(SST)數據來自NOAA物理科學部地球系統研究實驗室的OISST(Opti mum Interpolation Sea Surface Temperature)V2產品,時間序列為1981年至今。該數據包含了全球范圍內的海洋表面溫度周、月和長時間序列平均數據,空間分辨率為1°×1°[32]。本文選取了1982年1月至2016年12月SST月平均數據。

2.2.3 數據預處理

從美國雪冰中心下載的海冰密集度產品,其圖像中的象元值是0～254的灰度值。其中254代表大陸;253代表大陸輪廓、海岸線;251是極點附近的數據缺失空洞,假設該數據空洞的海冰密集度為100%。首先提取出大陸和大陸輪廓,再將其余所有象元值除以251將灰度值轉換到0～100%[11],用以表示海冰密集度。

海水表面溫度數據是NC格式,利用Arc GIS將其轉存為TIF格式。將SST數據的投影定義為北極方位投影,空間分辨率重采樣為25 k m×25 k m,最后進行分區裁剪。

海冰外緣線面積是圖像中海冰密集度大于等于15%的所有柵格象元面積的總和。將海冰密集度大于等于15%的每個柵格的面積乘以對應柵格的海冰密集度,最后再累加得到的總面積為海冰面積。國際上公認的把15%設為海冰覆蓋的判定閾值,很好地消除了大部分大氣的干擾作用。基于海冰的定義,將開闊水域面積定義為海冰密集度小于15%的每個柵格的面積乘以對應柵格的開闊水域密集度,然后累加得到的總面積。由于沒有直接的開闊水域密集度產品,根據海冰密集度來得到開闊水域密集度。SMMR獲得的數據是每隔一日生成的數據[32],SSM/Is和SSMIS都有每日數據,都不需要進行插值處理。而在1987年和1988年間有數據缺失的現象,數據缺失部分為1987年12月3日到1988年1月12日的數據,通過對該時間點前后的數據插值進行補充。

年平均面積是由當年1月1日起到12月31日為止每日面積相加除以天數求得,由每一年最大值與最小值相減求得年平均變化量,再根據年平均變化量求得多年平均變化量。然后由開闊水域面積最小值多年平均和多年平均變化得到判斷海冰消退時間和出現時間的閾值[18],以閾值為依據統計每一年海冰消退時間和出現時間,最后計算海冰出現時間與海冰消退時間的差值,即開闊水域季節長度。按照此流程統計9個分區以及整個北極區域的開闊水域季節長度。

逐像元將海水表面溫度月平均數據求和除以月數得到海水表面溫度的年變化,逐像元計算2016年與1982年對應像元的年平均海水表面溫度之差,得到2016年相對于1982年海水表面溫度的空間變化分布。

3 結果

3.1 海冰密集度變化

通過對海冰密集度產品一系列預處理和統計,得到9月月平均海冰密集度數據。分析每隔4年9月海冰密集度空間分布得出北極海冰密集度總體呈下降趨勢,北冰洋核心區密集度介于75%～100%的像元個數減少,尤其自2008年開始,減少速度顯著加快,到2016年,像元個數減少到最低。9月海冰多分布在北冰洋核心區,喀拉海和巴倫支海、哈得孫灣、格陵蘭海存在部分海冰。除此之外,其他海域基本是以開闊水域的形式存在。自2008年以來,喀拉海和巴倫支海9月也基本不存在海冰(圖2)。

圖2 每隔4年9月份海冰密集度空間分布Fig.2 The spatial distribution of sea ice concentration in September every four years

3.2 開闊水域面積變化

1982-2016年整個北極開闊水域面積呈現上升趨勢,平均每年增加55.89×103k m2。2016年平均開闊水域面積達到了有衛星觀測數據記錄以來的最大值13.52×106k m2(圖3a)。開闊水域面積年變化與年份的相關系數高達0.92,在0.01水平上顯著線性相關。此外可決系數R2高達0.85,表明回歸模型擬合程度好,能夠比較準確的反映北極開闊水域面積變化的真實情況(表2)。北極開闊水域面積距平在-1×106～1.5×106k m2/a之間,在2002年以前為負距平,后逐漸增加向0值接近,2001年較上一年距平下降,后又開始上升,到2002年增加為正距平。說明2001年開始開闊水域增加速度加快(圖3b)。2007、2012和2016年開闊水域面積正距平出現巨大的峰值,有研究表明2012年開闊水域面積異常變化是由于大風暴的原因[4]。氣旋等因素會影響到開闊水域每日面積劇烈增大,導致開闊水域面積異常變化。以2001年為分界點,對開闊水域面積年平均變化作分段分析。前期開闊水域面積增長速度約為31.798×103k m2/a,后期速度超過前期速度的兩倍,達到68.72×103k m2/a(圖3a)。近年來,北極開闊水域面積增加速度加快,在不久的未來,北極將面臨夏季無冰的威脅。

9個海區中,圣勞倫斯灣、北冰洋核心區、哈得孫灣以及加拿大群島海域開闊水域面積小于1×106k m2,這受它自身的固有面積和緯度高低影響。緯度高且固有面積小的海區,開闊水域面積相對較小。其他5個海區開闊水域面積均大于1×106k m2。開闊水域面積最大的是格陵蘭海,面積最小的是加拿大群島海域。北冰洋核心區、喀拉海和巴倫支海、巴芬灣/拉布拉多海年平均開闊水域面積上升趨勢最明顯(圖4)。對北極開闊水域面積增加貢獻最大的是北冰洋核心區,速度為18.05×103k m2/a;其次是喀拉海和巴倫支海,速度為14.93×103k m2/a;再次是巴芬灣/拉布拉多海,速度為8.44×103k m2/a。增長速度最慢的是位于太平洋最北端的白令海,速度為0.3×103k m2/a(表2)。白令海開闊水域面積變化沒有通過顯著性水平檢驗,鄂霍次克海和日本海開闊水域變化在0.05水平上顯著線性相關。除去這兩個海區,其他海區顯著性水平都為0.01。按時間進行分段分析,喀拉海和巴倫支海、北冰洋核心區在2001-2016年開闊水域面積增長速度約為1982-2001年的5倍。雖然所有海區在1982-2016年間都呈現增長趨勢,但是按時間分段以后某些海區有呈現下降的趨勢。巴芬灣/拉布拉多海1982-2001年呈現增長趨勢,而2001-2016年以3.99×103k m2/a速度下降。鄂霍次克海和日本海在2001年前呈現緩慢下降趨勢,從2001年開始以8.62×103k m2/a速度增加。白令海是開闊水域變化最復雜的海區,1982-2001年以1.52×103k m2/a速度減少,2001-2016年以0.63×103k m2/a速度減少,但是1982-2016年總體趨勢是在增加的(表2)。白令海開闊水域變化的影響機制還需要進一步研究。

圖3 北極開闊水域面積變化及斜率分段(a)和開闊水域面積距平(b)Fig.3 The average annual change of open water area subparagraph of its slopesin the North Pole(a)and average annual ano maly variation of open water area(b)

3.3 開闊水域季節長度

3.3.1 海冰消退時間和出現時間

北極區域從3月起,開闊水域面積開始增加,到6月底超過閾值,一直持續到9月達到最大值。10月起海水結冰增多,開闊水域面積減小,到11月低于閾值。每年海冰消退時間大都集中在6、7月,并以平均0.77 d/a的速度提前。海冰出現時間集中在11月份,以平均0.82 d/a的速度在延遲。不同海區海冰消退和出現的時間相差很大,圣勞倫斯灣是海冰消退時間最早的區域,3月底開闊水域面積就已經高于閾值。同時它又是海冰出現時間最晚的海域,到翌年1月開闊水域面積才低于閾值。海冰消退時間最晚的是加拿大群島海域,時間為8月,同時它也是海冰出現時間最早的海域,時間為10月初。每個海區的海冰消退時間都在提前,喀拉海與巴倫支海是提前速度最快的海域,速度為1.27 d/a。同樣,每個海區海冰出現時間都在延后,延后速度最快的是格陵蘭海,為1.48 d/a(表3)。白令海無論是海冰消退時間或是出現時間的變化速度都非常小,這與開闊水域面積的變化情況類似。由于格陵蘭海南側與大西洋相連,受大洋環流等影響較大,使開闊水域面積變化波動大,因此海冰消退時間與出現時間波動明顯,標準差大。而位于較高緯度的喀拉海與巴倫支海是開闊水域面積變化最顯著的區域之一,開闊水域面積變化劇烈,因此海冰消退時間與出現時間變化也十分顯著,標準差大。

圖4 9個海區開闊水域面積變化Fig.4 The average annual change of open water area in nine partitions

表2 1982-2016年北極及各海區開闊水域面積變化Tab.2 The average annual change of open water area in the study area from 1982 to 2016

3.3.2 開闊水域季節長度變化分析

整個北極開闊水域季節長度以平均1.59 d/a的速度在增加,2016年達到了35年來的最大值182 d,相比于最小值增加了70 d。各海區的開闊水域季節長度變化都呈現與整個北極相一致的趨勢,但是季節長度大小各不相同,變化速度有快有慢。圣勞倫斯灣和日本海以及白令海平均開闊水域季節長度均超過200 d。最長的是緯度最低的圣勞倫斯灣,為294 d。北冰洋核心區、加拿大群島海域平均開闊水域季節長度均低于100 d,最短的是加拿大群島海域,為55 d。對整個北極開闊水域季節長度增長貢獻最大的是喀拉海和巴倫支海,速度為2.73 d/a。其次是格陵蘭海,速度為2.46 d/a,然后是北冰洋核心區,速度為2.39 d/a(圖5)。

表3 北極及各海區海冰消退與出現時間Tab.3 The day of the year of initial sea ice retreat and the day of the year of initial sea ice advance in the North Pole and nine partitions

對比開闊水域面積和季節長度的年變化,發現除了某些例外的年份,絕大多數年份的開闊水域面積與季節長度變化趨勢是高度統一的。整個北極及各海區開闊水域面積和季節長度都有著顯著正相關關系(都通過了0.01的顯著性水平檢驗),即使相關性最小的鄂霍次克海和日本海,其相關系數也達到了0.75(圖6)。這是由于開闊水域面積增多,更少的海冰覆蓋使得北極接收到的太陽輻射增多,推遲海冰生長季節,延長海冰融化時間,導致開闊水域的季節長度持續增加。

3.4 海水表面溫度時空變化

影響開闊水域變化的因素很多,海水表面溫度、表面凈太陽輻射等都會影響開闊水域的變化。近年來,北極海水表面溫度呈現上下波動、總體升高的趨勢(圖7)。位于高緯度地區的北冰洋核心區、加拿大群島海域的年平均海水表面溫度均低于0℃。特別是北冰洋核心區,常年被海冰覆蓋,海水表面溫度相對來說最低。哈得孫灣某些年份會低于0℃,其余6個海區均高于0℃。溫度最高的是緯度最低的圣勞倫斯灣,平均溫度在8.46℃(圖8)。隨著氣候的變化,全球溫室效應加劇,氣溫的升高帶動水溫的升高。2016年相比于1982年海水表面溫度變化最大的區域升溫高達5.04℃,升溫大都集中在各個海域的邊緣部位。開闊水域面積和季節長度增長速度最快的喀拉海和巴倫支海升溫最為顯著(圖9)。

4 討論

海水表面溫度3月開始升溫,8月達到一年中的最大值,9月開始迅速下降。開闊水域面積3月開始增大,9月達到最大值。這表明海溫升溫驅使了海冰的融化,相應導致開闊水域面積的增加(圖10)。對海水表面溫度與當月及滯后1月的開闊水域面積做相關分析,計算得到海水表面溫度與當月開闊水域面積的相關性高達0.96,與滯后1個月的開闊水域面積相關性也達到0.94。說明開闊水域面積受當前及前1個月的海水表面溫度影響,其變化滯后于海水表面溫度的變化,滯后時間為1個月。

圖5 北極及9大海區開闊水域季節長度變化Fig.5 The average annual change about thelength of the open water season in the North Pole and nine partitions

圖6 北極及9大海區開闊水域面積與季節長度變化對比Fig.6 The change of open water area compared with the length of the open water season in the North Pole and nine partitions

1982-2016年北極開闊水域面積和季節長度與海水表面溫度顯著正相關,前者相關系數達到0.92,后者相關系數為0.94。每個海區的開闊水域面積和季節長度與溫度也都呈顯著正相關關系(0.01的顯著性水平),其中相關性最小的是鄂霍次克海和日本海,相關系數分別為0.45和0.55。開闊水域面積與海水表面溫度相關性最高的海區是北冰洋核心區,高達0.95;開闊水域季節長度與海水表面溫度相關性最大的海區是哈得孫灣,為0.92。距離北極中心點最遠、所處緯度最低的圣勞倫斯灣、鄂霍次克海和日本海這兩個海區,無論是開闊水域面積還是季節長度,與海水表面溫度相關系數都低于0.6(表4)。將上述兩個相關系數低于0.6的海區去除,開闊水域面積與海水表面溫度的相關系數提升至0.93,這說明海水表面溫度對開闊水域的影響與緯度密切相關。

圖7 北極海水表面溫度變化Fig.7 The annual change of sea surface temperatures in the North Pole

圖8 9個海區海水表面溫度變化Fig.8 The annual change of sea surface temperatures in the nine partitions

圖9 2016年相對于1982年海水表面溫度變化Fig.9 Sea surface temperature changes in 2016 co mpared with 1982

表4 1982-2016年北極及9大海區海水表面溫度與開闊水域面積和季節長度的相關系數Tab.4 Correlation coefficients bet ween sea surface temperature and open water area as well as the length of the open water season in the North Pole and nine partitions from1982 to 2016

圖10 開闊水域面積與海水表面溫度的多年平均月變化Fig.10 The average monthly variation in open water area and sea surface temperature for many years

5 結論

基于美國雪冰中心1982-2016年SMMR,SSM/Is和SSMIS每日海冰密集度數據,計算了35年來北極及9大海區的開闊水域面積和開闊水域季節長度,系統地分析了二者的時空變化特征。基于NOAA的OISST數據,分析了海水表面溫度的時空變化,并進一步探討了海水表面溫度與開闊水域面積和季節長度變化的關系。得到如下結論:

(1)1982-2016年整個北極開闊水域面積呈現增加的趨勢,增加速度為55.89×103k m2/a。但不同的海區增加速度和幅度各不相同,有各自的特點。對北極開闊水域面積增加貢獻最大的是北冰洋核心區與喀拉海和巴倫支海,增加速度分別為18.05×103k m2/a和14.93×103k m2/a。與此同時,北半球海冰消退時間提前,海冰出現時間延后,造成了開闊水域季節長度最大年份與最小年份相比多出了70 d。9個海區開闊水域季節長度都呈增長的趨勢,對北極開闊水域季節長度增長貢獻最大的是喀拉海和巴倫支海、格陵蘭海以及北冰洋核心區,增長速度分別為2.73 d/a、2.46 d/a和2.39 d/a。開闊水域面積和季節長度顯著正相關,相關性最小的鄂霍次克海和日本海,其相關系數也達到了0.75。隨著海冰融化的增多,開闊水域面積增大。與此同時,海冰覆蓋減小,海水吸收太陽輻射增多,海冰融化的時間提前,達到結冰溫度的時間延后,即影響海冰消退與出現時間的相應變化,最終影響開闊水域季節長度。

(2)35年來,在時間尺度上,海水表面溫度總體呈現升高趨勢。在空間分布上,海水表面溫度升高的高值集中分布在海域的邊緣。開闊水域面積變化與海水表面溫度的變化有著較強的一致性,兩者都在3月開始增長,海水表面溫度在8月開始迅速下降,開闊水域面積在9月開始迅速減少,兩者存在著一個滯后的關系。原因是海冰融化和海水結冰是一個量變的過程,在溫度升高/降低之后,海冰吸收/海水釋放熱量,達到海冰融化/海水結冰的臨界值,海水海冰相互轉化。受海水表面溫度影響較大的區域有北冰洋核心區、喀拉海和巴倫支海等,前者海水表面溫度與開闊水域面積和季節長度的相關系數分別為0.95和0.90,后者分別為0.91和0.88,這兩個海域位于高緯度區域。受海水表面溫度影響較小的海域有圣勞倫斯灣、鄂霍次克海和日本海等,前者海水表面溫度與開闊水域面積和季節長度的相關系數分別為0.57和0.55,后者分別為0.45和055,這兩個海域位于低緯度區域,說明位于低緯度的海域受溫度升高影響要低于高緯度地區的海域。

(3)本文只分析了1982-2016年海水表面溫度對于開闊水域的影響,并沒有綜合考慮其他環境因素對于開闊水域的影響,比如氣旋、表面空氣溫度等。隨著時間序列的延長以及外部環境的變化,北極的開闊水域變化又會呈現出新的特征。另外,由于海冰密集度和海水表面溫度都存在數據缺失,因此插值會帶來一定的誤差。在遙感技術不斷發展的背景下,無論是模型的建立還是數據的處理都將更加的精確,對于北極開闊水域面積與季節長度的研究將提供更加精準的結果。未來的工作中,將對影響開闊水域變化的其他因子進行綜合分析,并加入凈初級生產力變化的研究,分析開闊水域變化對凈初級生產力的影響。

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Open water variability in the North Pole from1982 to 2016

Li Haili1,Ke Changqing1

(1.School of Geographic and Oceanogr aphic Sciences,Nanjing University,Nanjing 210023,China)

For nearly thirty years,the Arctic seaice coverage shrink sharply,with significant changesin open water too.In this thesis,we used the seaice concentration products fro mthe National Snow and Ice Center and sea surface temperature datafrom National Oceanic and At mospheric Ad ministration to analyzethe variability of open water area and the length of the open water season from 1982 to 2016.We f urther analyzed the sea surface temperature’s influence on the spatio-temporal variability of open water.The results indicated that the open water area of the North Pole increased at a rate of 55.89×103k m2/a,sea ice retreat ti me in advance at a rate of 0.77 days per year on average,sea ice advance ti me delayed at a rate of 0.82 days per year on average,causing thelength of the open water season increased at a rate of 1.59 days per year.In 2016,open water and the length of open water season reached maxi mum since there were remote sensing observation data,the value were 13.52×106k m2and 182 days respectively.Nine partitions have different change about the variability of open water,it was found that the seas which affected the open water most were Arctic Ocean core region,Kara and Barents seas.Sea surface temperature has an i mportant influence on the change of open water,its influence extent has a close relationship with the degree of latitude.For high latitude,sea surface temperature’s influence for open water was larger than low latitude.

sea ice concentration;open water area;the length of open water season;sea surface temperature

P731.15

A

0253-4193(2017)12-0109-13

李海麗,柯長青.1982-2016年北極開闊水域變化[J].海洋學報,2017,39(12):109-121,

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.011

Li Haili,Ke Changqing.Open water variability in the North Pole from1982 to 2016[J].Haiyang Xuebao,2017,39(12):109-121,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.011

2017-03-24;

2017-07-10。

國家自然科學基金(41371391);國家重點研發計劃項目(2016YFA0600102)。

李海麗(1993—),女,浙江省麗水市人,從事遙感及其應用研究。E-mail:lihaili@yahoo.com

*通信作者:柯長青,教授,主要從事極地冰雪遙感研究。E-mail:kecq@nju.edu.cn