Page 8 - 《高原气象》2025年第5期
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高     原      气     象                                 44 卷
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             热量交换可能会增强（Andreas et al， 2010； Loose et            高， 组织开展具有较高学科综合性和问题针对性的
             al， 2017）， 或者海冰减少了风和波浪引起的混合，                       大型国际观测无疑是提升认知的有效途径。
             抑制了热量交换（Prytherch et al， 2017； Zippel and              1997 年的北冰洋表面热量平衡计划（Surface
             Thomson， 2016）。通常情况下， 海表与大气的温度                     Heat Budget of the Arctic Ocean， SHEBA）是北极极
             梯度对 SH 的影响远大于风速， 但区域水平风速的                          具代表性的综合观测试验。SHEBA 观测表明， 北
             增加可能会导致更大的 SH， 而湿度梯度是 LH 的主                        极海-气热量交换与海冰性质密切相关， 同时也受
             要驱动因子。在 MIZ中， 海冰与海水的温度差异较                          温度、 湿度、 云层和边界层稳定性的影响（Duynker‐
             大， 由于冷皮肤效应， 即海水表层（~0. 5 mm）的温                      ke and Roode， 2001； Persson et al， 2002； Grachev
             度低于表层（~50 cm）的温度， MIZ 区间的湿度差异                      et al， 2008）。夏季海冰融化、 不连续分布以及漂
             小于开放水面， 因此， 温度梯度比湿度梯度更重要                           移， 平衡了大气与海表的温度变化， 导致了北冰洋
             （Ruffieux et al， 1995； Inoue et al， 2011）。         与周围区域的气候差异， 并且月平均通量变化曲线
                  海冰较高的反照率减弱了 MIZ 区域辐射能量                        表明， 近地面大气在冬季变冷， 在夏季变热， 但冬
             的输入， 而海冰消融降低了海表的反照率， 使得更                           季和 7 月的 SH 均为负值（Lique and Steele， 2013；
             多的太阳辐射进入海洋， 促使海冰进一步融化（Vi‐                          Persson et al， 2002； 康建成等， 1999）。SHEBA 的
             hma et al， 2009）。南大洋冬季， 冰区海-气热量交                   优势在于它几乎完全使用观测值而不是推导值， 受
             换比无冰区小 2个量级（Massom et al， 1998）。北极                 云层等影响， SHEBA 站点在秋季和春季有异常大
                                                                                                      -2
             季节性海冰区的海气热通量具有较大季节性差异                              的入射长波辐射， 观测到的 SH（-2. 2 W·m ）和 LH
                                                                         -2
             和年际波动， 导致了整个北冰洋近三分之一热量的                           （1. 1 W·m ）均小于之前的气候学估算值（Persson
             长 期 变 化（Lique and Steele， 2013）。 因 此 ， 随 着         et al， 2002）。虽然北极的观测数据集在空间和时间
             MIZ 的位置和范围的变化， 极区海-气湍流热量交                          上的完整性较高， 但数值模式仍然依赖于少数稀疏
             换的影响更加复杂（Taylor et al， 2018； Vage et al，           观测来进行同化， 而北极海冰区和无冰海洋的表面
             2018）。                                             温度、 气温和湿度、 风速均有偏差， 特别是夏季海
                                                                冰区的气温、 湿度和风速仍存在较大误差， 影响
              4  极地冰区海表热通量研究的展望
                                                                海-气 SH 和 LH（Beesley et al， 2000； Boisvert and
                  数值模式很难给出与观测相一致的短时间尺                           Stroeve， 2015）。以 SHEBA 为蓝本的北极气候研究
             度（瞬时或每日）的海-气湍流热量交换， 目前大多                           多学科漂移观测站（Multidisciplinary drifting Obser‐
             数气候模型如欧洲中期天气预报中心（ECMWF）和                           vatory for the Study of Arctic Climate， MOSAiC）提
             国家环境预测中心（NCEP）的数据产品只能部分合                           供了欧亚/北大西洋北极地区的全年测量（Fricken‐
             理地描述海冰和海-气湍流热量交换间的关系， 无                            haus et al， 2022； Shupe et al， 2022）有望得出更丰
             法很好地描述海冰变化对海-气湍流热量交换的影                             富的观测结果。
             响， 特别是在 LH 占主导的浮冰区（Gulev and Bely‐                     威德尔海域开展的南极区通量实验（Antarctic
             aev， 2012； Vihma， 2014； 沈辉等， 2019）， 这也是            Zone Flux Experiment， ANZFLUX）表明， 海冰的不
             极区海-气湍流热通量研究多在月平均尺度上进行                             均匀分布对海-气湍流热量交换影响明显（McPhee
             的原因之一。迄今为止， 极地冰区的海-气湍流热                            et al， 1996）。南极海-气热量交换的研究大多是基
             量交换研究绝大多数采用基于相似理论的整体动                              于有限观测数据， 通过参数化方案或数值模式进行
             力学参数化方案， 如廓线法、 总体输送法以及普适                           定量描述。如 Fairall et al（1996）成功将参数化方案
             函数法等， 其中总体输送法被认为是北极海-气湍                            运 用 到 COARE（Coupled  Ocean-Atmosphere  Re‐
             流热通量参数化优选方法之一（李剑东等， 2005）。                         sponse Experiment）模式中， COARE 模式已成为目
             但这种参数化方案是半经验的， 在实际应用中需结                            前使用最广泛的海气相互作用模式。Butterworth
             合 SIC以及海表状态对海表粗糙度和稳定度函数进                           and Miller（2016a）采用船载涡动相关技术对南大洋
             行校正（Andreas et al， 2010）。此外， 在气候模式的                湍流热量交换观测， 在开阔水面得到了与 COARE
             网格尺度水平上， 如果考虑了冰间水道的影响， 开                           3. 0 结果高度一致的 SH。Yu et al（2017）利用船载
             放 水 面 的 平 均 热 量 通 量 提 高 55%（Marcq  and             气象资料， 结合 COARE 3. 0 结果进一步确认了海
             Weiss， 2012）。极地冰区海-气的热量交换复杂且                       冰对海-气湍流热量分布具有显著影响， 并且认为
             重要， 但在这些区域开展原位观测难度大、 成本                            COARE 3. 0 估算 SH 和 LH 的不确定性随着月份的
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