Page 8 - 《高原气象》2023年第1期
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高     原      气     象                                 42 卷
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                                                                0. 31  ℃ 来 达 到 辐 射 平 衡（Pithan  and  Mauritsen，
                                                                2014）。极地地区绝对温度较低， 因此需要更大的
                                                                升温才能达到辐射平衡。目前， 有关于普朗克反馈
                                                                的研究一致认为， 普朗克反馈在北极为负反馈， 但
                                                                其对北极放大的作用为正（Screen and Simmonds，
                                                                2010； Pithan and Mauritsen， 2014）。
                                                                2. 2 云-水汽反馈
                                                                    饱和水汽压是水汽达到饱和时的水汽压强， 即
                                                                空气中所能容纳的水汽含量。饱和水汽压的大小
                                                                与温度有直接关系。饱和水汽压随温度的升高显
                                                                著增大。如果空气的相对湿度不变， 那么空气的实
                 图4 1979 -2011年北极地区增温趋势的垂直廓线                    际湿度将随着饱和水汽压的增大而不断增大。水
                    阴影区域显著性水平通过0. 05 （武丰民等， 2014）
                                                                汽是一种重要的温室气体， 集中分布在大气低层。
              Fig. 4 Vertical profile of warming trends in the Arctic from
                                                                北极地区海冰融化导致海洋蒸发量增大， 大气湿度
                1979 to 2011. The shaded area is at the 0. 05 significance
                                                                的增加使水汽吸收更多的地面长波辐射， 从而使下
                          level （from Wu et al， 2014）
                                                                行长波辐射增加并使地面升温， 导致海冰进一步融
             表层与其他三季相反， 这可能是由于夏季入射太阳                            化。研究表明， 在年际时间序列中， 下行长波辐射
             辐射最多， 是海冰的融化季。大面积海冰融化， 吸                           的 变 化 与 海 冰 的 变 率 相 关（Francis  and  Hunter，
             收大量潜热， 随着海冰的减少， 海洋会从大气吸收                           2006）。北极对水汽反馈较为敏感的另一个原因是
             热量， 这是北极夏季近地面增温不显著的原因（武                            北极大气干燥， 尤其是在冬季， 因此空气湿度的细
             丰民等， 2014）。                                        微变化都会对到达地面的下行长波辐射造成较大
                  由于下垫面的海冰和雪盖反射了大量入射太                           的影响。因此， 水汽反馈被认为是影响北极气温快
             阳辐射， 大量研究认为冰雪反照率反馈是北极放大                            速升高的关键因子。
             的主要原因（Holland and Bitz， 2003）。而最近的一                    近期的一些研究表明， 北极地区的大气湿度在
             些研究发现， 北极放大在秋冬季最为显著（Stroeve                        不断增加。近几十年来， 由于海冰的融化， 北极湿
             et al， 2014； Screen and Simmonds， 2010）， 而秋冬       度大大增加， 并促进了北极放大现象的发生， 尤其
             季入射太阳辐射较弱， 导致海冰反射率反馈较弱，                            是在夏季和早秋（Screen and Simmonds， 2010）， 且
             这说明在秋冬季节， 海冰反照率反馈并不是北极放                            湿度变化最大的地区位于北冰洋上空。Serreze et
             大的主要原因。模型研究表明， 当没有海冰减少                             al （2012）使用了大气再分析资料和无线电探空测
             时， 北极变暖大大减弱， 这表明北极放大与海冰减                           风仪资料证明 60°N 以北湿度的极向变化。湿度的
             少导致的海洋向大气的热量输送密切相关（Bintan‐                         增加不仅表现出季节性和区域性， 并且研究发现在
             ja  and  van  der  Linden，  2013；  Boeke  and  Taylor，   1979 -2010年， 500 hPa的可降水量显著增加。
             2018）。而 Winton （2006）比较了 IPCC 第四次评估                    不仅水汽反馈过程对北极放大有重要作用， 云
             报告（AR4）中使用的 12个模型， 发现地表反照率反                        的变化对反馈过程的影响也是一个重要因素。云
             馈是北极放大的一个重要而非主导机制。更重要                              能够吸收地面长波辐射并起到保温和能量再分配
             的是与长波辐射（LWR）变化有关的反馈， 例如水汽                          的 作 用（Curry  et  al，  1993）。 Eastman  and  Warren
             和云量的增加。除此之外， 大气和海洋经向能量传                           （2010）和 Vavrus et al（2012）分别使用观测数据和气
             输的变化也比地表反照率反馈发挥更大的作用。                              候模型进行研究， 结果表明北极秋季云量增加。除
             2. 1. 2 普朗克反馈                                      此之外， Vavrus et al （2012）还利用 CCSM4 模型模
                  根据普朗克黑体辐射定律， 物体发出的能量随                         拟发现 21 上半世纪的夏季北极地区云量增加的趋
             温度的升高而迅速增大。在外部辐射强迫相同的                              势减缓。Screen and Simmonds （2010）认为相较于
             情况下， 物体绝对温度越高， 为达到向外辐射平衡                           海冰和水汽而言， 云量对现阶段北极变暖的作用小
             所需的温度调整越小。例如： 假设外部辐射强迫为                            得多。但由于资料及数据不足， 云对北极放大效应
                    -2
             1 W·m ， 当温度为 30 ℃时， 地表需升高 0. 16 ℃以                 的具体贡献还无法确定。
             达到外部辐射平衡； 当温度为-30 ℃时， 则需升高                             水汽增多会导致下行长波辐射增多。图 4显示
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