2013和2012年夏季格陵蘭島冰蓋表面融化對(duì)比及可能的影響機(jī)理分析

陳志強(qiáng) 劉驥平 范廣洲 胡永云

1 成都信息工程學(xué)院大氣科學(xué)學(xué)院，成都610225

2 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029

3 北京大學(xué)物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系氣候與海—?dú)鈱?shí)驗(yàn)室，北京100871

1 引言

冰凍圈是指地球表層（陸地和海洋）水以固態(tài)形式存在的圈層，組成部分主要包括冰蓋、冰川、積雪、海冰、凍土等（秦大河和丁永建，2009）。冰凍圈是全球氣候變化的顯著指示器，也是對(duì)氣候系統(tǒng)影響最直接和最敏感的圈層，目前已受到國(guó)內(nèi)外科學(xué)界的廣泛關(guān)注。國(guó)際氣候與冰凍圈（CliC）計(jì)劃提出的目標(biāo)是加強(qiáng)對(duì)冰凍圈與氣候系統(tǒng)之間相互作用的物理過(guò)程和反饋機(jī)制的理解，減少氣候模擬和氣候變化預(yù)測(cè)的不確定性，評(píng)估和量化過(guò)去和未來(lái)氣候變化所導(dǎo)致的冰凍圈各分量的變化及其影響（丁永建和效存德，2013）。作為冰凍圈重要的組成部分，格陵蘭島大部分被冰雪覆蓋（約83.7%），其面積約為1.81×106km2，冰層平均厚度約為2300 m（與南極冰蓋的平均厚度差不多），是北半球最大的陸地冰原。格陵蘭島所含有的冰雪總體積量約為 3×106km3，約占全球淡水總量的54%。如果格陵蘭島的冰雪全部消融，全球海平面將上升約 6～7 m（Cuffey and Marshell，2000；Gregory and Huybrechts，2006）。因此，格陵蘭冰蓋的物質(zhì)平衡對(duì)全球氣候變化有著重要意義（Dowdeswell，2006）。研究表明，20世紀(jì)60～80年代是格陵蘭冰蓋質(zhì)量處于相對(duì)平衡的時(shí)期（Rignot et al.，2008），平均年凈積雪累積量約為700 Gt，冰川流失約為480 Gt，表面融化產(chǎn)生的融水徑流損失約為 220 Gt（van den Broeke et al.，2009）。冰蓋表面消融是格陵蘭冰蓋物質(zhì)平衡的重要組成部分，伴隨著全球氣候的變暖，已成為格陵蘭冰蓋研究的熱點(diǎn)（楊康，2013）。近十幾年來(lái)，格陵蘭冰蓋處于快速融化的狀態(tài)（Rignot et al.，2011；Box et al.，2012），不僅融化的范圍有增加的趨勢(shì)，而且持續(xù)的時(shí)間也在不斷延長(zhǎng)，尤其是 2012夏季出現(xiàn)的大面積長(zhǎng)時(shí)間的冰蓋消融引起了廣泛的關(guān)注。NASA衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)顯示，2012年7月12日，格陵蘭島約為97%的冰蓋表面出現(xiàn)消融，其中包括海拔約為3500 m的頂峰區(qū)域（Nghiem et al.，2012；Hanna et al.，2014），是自從1979年有衛(wèi)星觀測(cè)以來(lái)的融化極值。

伴隨著全球氣候變暖，在過(guò)去的幾十年，北極明顯增暖，其增暖速率是全球平均的 2～3倍（Stroeve et al.，2012）。與此同時(shí)，已經(jīng)有許多相關(guān)研究表明，北極大氣環(huán)流、海洋環(huán)境和海冰覆蓋范圍都發(fā)生了顯著的變化，這些變化都對(duì)格陵蘭冰蓋表面融化有著一定的影響。例如Mote（2007）、Tedesco（2007）采用相同的衛(wèi)星資料，不同的反演算法得到了類似的結(jié)論，指出格陵蘭冰蓋表面溫度的變暖及持續(xù)異常與格陵蘭冰蓋表面融化有著直接的聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，Tedesco et al.（2008，2011）結(jié)合格陵蘭自動(dòng)氣象觀測(cè)站、衛(wèi)星資料、區(qū)域氣候模式多種數(shù)據(jù)分析了表面反照率反饋效應(yīng)，指出其對(duì)格陵蘭冰蓋表面融化、物質(zhì)平衡有著重要的影響。Rennermalm et al.（2009）從海冰范圍變化的角度，對(duì) 1979～2007年北極海冰與格陵蘭冰蓋消融進(jìn)行了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)8月份格陵蘭島康克魯斯瓦格（Kangerlussuaq）區(qū)域冰蓋消融與北極海冰消退有較高的相關(guān)系數(shù)，并指出海冰的的消退可能是加速格陵蘭冰蓋表面融化的因素。Hanna et al.（2014）分析了北半球夏季500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)，指出格陵蘭上空的阻塞高壓（GBI）與表面融化有較高的相關(guān)系數(shù)，另外 2012年夏季與北極大氣環(huán)流相聯(lián)系的夏季北大西洋濤動(dòng)（NAO）負(fù)指數(shù)型有利于南方來(lái)的暖空氣平流引起格陵蘭西南區(qū)域冰蓋表面的融化。

針對(duì)近年來(lái)出現(xiàn)的格陵蘭冰蓋大范圍的融化，特別是2007和2012年，已經(jīng)有一些研究從不同角度進(jìn)行了分析（Hanna et al.，2013，2014；Box et al.，2012；Tedesco et al.，2013；Hall et al.，2013；具體見分析結(jié)果和討論中的對(duì)比分析）。隨后的2013年7月，格陵蘭冰蓋出現(xiàn)的最大面積融化明顯小于 2012極值年的97%（Tedesco et al.，2013），而且融化持續(xù)的天數(shù)也低于2012年。對(duì)于2013年夏季出現(xiàn)的相對(duì)緩和的融化事件，還沒有文章涉及。本文在以往研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析 2013年夏季格陵蘭冰蓋表面的融化特征，并分別從大氣環(huán)流對(duì)熱量輸送的動(dòng)力作用和表面輻射收支的熱力作用兩個(gè)方面，將2013年與2012年的異常進(jìn)行對(duì)比分析，探討二者之間存在的動(dòng)力和熱力差異及其對(duì)冰蓋表面融化可能的影響機(jī)理。

2 資料和方法

格陵蘭冰蓋表面融化范圍的時(shí)間序列是利用多通道微波掃描輻射儀（SMMR，1979～1987年）和特種傳感器微波成像儀（SSM/I，1988～2013年）觀測(cè)得到的輻射亮溫?cái)?shù)據(jù)反演獲得的（Mote，2007），時(shí)間序列長(zhǎng)度為1979～2013年，分辨率為25 km，其中SSMR衛(wèi)星被動(dòng)微波傳感器每隔一天獲取一次數(shù)據(jù)，SSM/I衛(wèi)星提供逐日的數(shù)據(jù)。格陵蘭島冰蓋上層被雪層覆蓋，表面融化產(chǎn)生的融水使雪粒增長(zhǎng)，由于干雪的輻射微波亮溫低于濕雪，所以增大的溫度輻射傳導(dǎo)率可以很有效的區(qū)分融化和未融化區(qū)域的范圍（Ulaby and Stiles，1980；Mote，2007）。

格陵蘭冰蓋表面反照率資料采用中等分辨率成像光譜儀每 8天一次的格點(diǎn)衛(wèi)星觀測(cè)資料（MODIS43B3），時(shí)間序列長(zhǎng)度為2000～2013年，水平分辨率為1 km。由于地表反照率可以用作對(duì) 比分析的觀測(cè)是從2004年開始（Tedesco et al.，2011），這里時(shí)間序列的長(zhǎng)度我們也僅選取2004～2013年。反照率資料包括短波、可見光、近紅外三個(gè)波段的反照率，這里我們僅用短波波段的反照率來(lái)分析格陵蘭冰蓋反照率的變化。

歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心的全球再分析資料（ERA-Interim Reanalysis；Dee et al.，2011），時(shí)間長(zhǎng)度為1979年1月至2013年12月。本文中分析的月平均數(shù)據(jù)變量包括：海平面氣壓場(chǎng)（SLP）、500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（Z500）、700 hPa風(fēng)場(chǎng)（U700、V700），近表面溫度場(chǎng)（SAT）、水平分辨率為0.5°×0.5°；表面向下長(zhǎng)波和短波輻射通量，水平分辨率為0.125°×0.125°；逐日數(shù)據(jù)變量：近地表面最大溫度場(chǎng)，水平分辨率為1°×1°。

3 分析結(jié)果和討論

3.1 融化范圍和累積時(shí)間

從圖1可以看到，2013年夏季（5月到9月）格陵蘭冰蓋平均表面融化范圍約為17%，7月末出現(xiàn)最大范圍的融化面積約為44%，遠(yuǎn)小于2012年的97%。2013年表面融化范圍變化也相對(duì)平緩，總體上接近于氣候平均態(tài)，而 2012年有明顯的幾個(gè)高峰值（如7月中旬和7月末）。這里我們定義超過(guò)總面積10%的融化范圍為融化起始點(diǎn)，低于總面積10%為融化結(jié)束點(diǎn)，來(lái)確定一年內(nèi)融化持續(xù)的累積天數(shù)。從持續(xù)的時(shí)間上來(lái)看，2013年融化從6月初開始，一直持續(xù)到8月中旬，時(shí)間長(zhǎng)度為75天左右，接近于氣候平均態(tài)（約為70天）。相比之下2012年融化起始點(diǎn)提前了10天左右，總持續(xù)時(shí)間超過(guò)2013年近20天（Tedesco et al.，2013）。圖2給出了進(jìn)一步計(jì)算的格陵蘭夏季（6～8月）表面融化標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)?？梢钥吹剑?013年表面融化標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)僅為＋0.2，而 2012年為＋2.8，遠(yuǎn)高于 2013年。從1979年到1996年表面融化標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)基本上處于為負(fù)位相，1997年開始至今處于正位相，其增長(zhǎng)趨勢(shì)為0.07/a。Wu et al.（2012）指出4月到9月北極表面風(fēng)場(chǎng)異常的主要模態(tài)在20世紀(jì)90年代后期發(fā)生了變化，即北冰洋中部風(fēng)場(chǎng)模態(tài)明顯出現(xiàn)頻率增加以及強(qiáng)度增強(qiáng)。這與以上格陵蘭冰蓋的的年代際變化可能存在一定聯(lián)系。

3.2 大氣環(huán)流的動(dòng)力作用

圖3給出海平面氣壓場(chǎng)（SLP）異常圖?？梢钥吹?，2013年夏季，格陵蘭島以及附近海域?yàn)榈蛪寒惓?，最大低壓異常出現(xiàn)在格陵蘭島東部海域，最大低壓異常約為 4 hPa，而北美、西伯利亞環(huán)北極地區(qū)為高壓異常，最大高壓異常出現(xiàn)在喀拉海。而2012年夏季幾乎呈現(xiàn)出與 2013年完全相反的狀態(tài)。格陵蘭以及附近的海域出現(xiàn)了高壓異常，最大高壓異常約為4 hPa，出現(xiàn)在丹麥海峽和冰島地區(qū)。北美、西伯利亞環(huán)北極地區(qū)出現(xiàn)了氣壓負(fù)異常，最大負(fù)異常出現(xiàn)在楚科奇海地區(qū)。Wu et al.（2006），Overland and Wang（2010），Overland et al.（2012）指出，近年來(lái)夏季北極大氣環(huán)流出現(xiàn)經(jīng)向型頻率增加，低層氣壓場(chǎng)上呈北極偶極子型（Arctic Dipole），海平面氣壓場(chǎng)在波弗特海、北極加拿大、格陵蘭地區(qū)出現(xiàn)顯著高壓異常，在北極西伯利亞地區(qū)出現(xiàn)低壓異常，2012年夏季低層氣壓場(chǎng)異常分布與北極偶極子型較為相似。

圖1 2013年、2012年和氣候平均態(tài)格陵蘭表面融化范圍季節(jié)變化Fig. 1 The seasonal cycle of the Greenland surface melt extent for 2013,2012 and climatology

圖4給出 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的異常圖。與2013年夏季海平面氣壓場(chǎng)異常一致，正位勢(shì)高度異常出現(xiàn)在格陵蘭島及鄰近海域，負(fù)位勢(shì)高度異常出現(xiàn)在北美、西伯利亞環(huán)北極區(qū)域。從4月到8月500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的演變上可以注意到，4月北美，格陵蘭島和歐洲北部基本上為位勢(shì)高度負(fù)異常（盡管加拿大群島東北部出現(xiàn)了微弱的正異常），最大負(fù)異常出現(xiàn)在巴倫支海，東西伯利亞和楚科奇海為明顯的正異常。5月整個(gè)格陵蘭地區(qū)以及冰島、楚科奇海出現(xiàn)負(fù)異常，而北美、西伯利亞環(huán)北極地區(qū)為正異常。6月格陵蘭地區(qū)負(fù)異常有所減弱，而在北冰洋中心出現(xiàn)了非常強(qiáng)的負(fù)異常，最大負(fù)異常超過(guò)了 100 m，北美和西西伯利亞地區(qū)依然為正異常。7月格陵蘭地區(qū)負(fù)異常繼續(xù)減弱，接近于夏季平均態(tài)。8月份位勢(shì)高度場(chǎng)異常近似于6月份，但強(qiáng)度有所減弱。2013年從4月到8月，格陵蘭地區(qū)到北冰洋中心、一直持續(xù)位勢(shì)高度負(fù)異常，而北美地區(qū)，西伯利亞環(huán)北極地區(qū)整個(gè)夏季一直持續(xù)正異常。同時(shí)，2013年夏季6、7、8三個(gè)月北大西洋濤動(dòng)（NAO）指數(shù)處于正位相，但是均未超過(guò)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。出現(xiàn)的環(huán)流型有利于北極的冷空氣影響格陵蘭島，從而降低格陵蘭冰蓋表面溫度（Tedesco et al.，2013），特別是高海拔區(qū)域的溫度持續(xù)低于融點(diǎn)（同樣的融化低指數(shù)年也與之類似，例如 1998年）。表面融化僅發(fā)生在相對(duì)低海拔的區(qū)域，導(dǎo)致格陵蘭冰蓋融化經(jīng)歷了相對(duì)緩和的一年。相比之下，2012年夏季幾乎呈現(xiàn)出與2013年完全相反的位勢(shì)高度場(chǎng)異常。4月格陵蘭島、整個(gè)北極北美地區(qū)，部分歐洲地區(qū)現(xiàn)了位勢(shì)高度正異常，格陵蘭的正異常約為60 m，而歐洲北部出現(xiàn)了負(fù)異常，最大負(fù)異常在巴倫支海。5月格陵蘭島南部、加拿大群島持續(xù)正異常，北美西部和北太平洋地區(qū)、巴倫支海、喀拉海地區(qū)出現(xiàn)弱的負(fù)異常。6月格陵蘭中部和南部偏向西南一直延伸到加拿大東北部出現(xiàn)了顯著地正異常，與之相對(duì)應(yīng)的是出現(xiàn)在冰島南部的顯著的負(fù)異常。7月位勢(shì)高度場(chǎng)出現(xiàn)了較大的轉(zhuǎn)變，格陵蘭島地區(qū)、北美中部依然持續(xù)正異常，出現(xiàn)在格陵蘭西南部的最大異常為80 m，而西伯利亞環(huán)北極地區(qū)都出現(xiàn)負(fù)異常。8月北美格陵蘭地區(qū)正異常依然存在，但是強(qiáng)度明顯減弱，負(fù)異常出現(xiàn)在亞洲北部。2012年夏季平均態(tài)與 7月份的位勢(shì)高度場(chǎng)異常較為接近，但是由于6月出現(xiàn)在格陵蘭南部顯著的正異常，使得夏季格陵蘭位勢(shì)高度正異常顯著。這里利用ERA-Interim再分析資料得到的2012年夏季大氣環(huán)流形勢(shì)異常與Hanna et al.（2013，2014）利用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和國(guó)家大氣研究中心（NCEP/NCAR）再分析資料分析2012年3月到8月逐月的 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)演變基本上是一致的。Hanna et al.（2013，2014）指出大氣環(huán)流從2012年 3月明顯的急流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?6月明顯的北半球中高緯度 5個(gè)波型的準(zhǔn)靜止波狀態(tài)，在格陵蘭島上空形成的阻塞高壓對(duì)表面融化有一定作用。此外，2012年夏季與北極大氣環(huán)流相聯(lián)系的夏季北大西洋濤動(dòng)（NAO）負(fù)指數(shù)型對(duì)格陵蘭西南區(qū)域冰蓋表面的融化有促進(jìn)作用。類似的大氣環(huán)流型也出現(xiàn)在 2007年，同年夏季也出現(xiàn)了較大范圍的冰蓋消融（圖略）。這樣的環(huán)流型一方面有利于南來(lái)的暖空氣輸送向格陵蘭島的西南區(qū)域引起溫度升高，另一方面，Box et al.（2012）的研究指出春季 NAO負(fù)指數(shù)較早的出現(xiàn)不利于降雪的積累，新雪的累積量不足也是導(dǎo)致夏季大范圍表面融化的一個(gè)重要因素。

圖2 1979～2013年夏季（6～8月平均）格陵蘭表面融化標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)Fig. 2 Greenland standardized surface melting index for summer (June-July-August, JJA average) of the period 1979–2013

圖3 夏季（6～8月）海平面氣壓場(chǎng)相對(duì)于氣候平均態(tài)（1979～2013年平均）的異常圖（單位：hPa）：（a）2013年；（b）2012年Fig. 3 Sea level pressure anomalies (relative to 1979–2013 mean) for summer (JJA) (units: hPa): (a) 2013; (b) 2012

圖4 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)相對(duì)于氣候平均態(tài)（1979～2013年平均）的異常圖（單位：m）：（a）2013年夏季（6、7、8月）平均；（b–f）2013年4月到8月的逐月異常；（g）2012年夏季（6、7、8月）平均；（h–l）2012年4月到8月的逐月異常Fig. 4 500-hPa geopotential height anomalies (relative to 1979–2013 mean)(units:m): (a) Summer (JJA) for 2013; (b–f) April to August for 2013; (g) summer(JJA) for 2012; (h–l) April to August for 2013

與海平面氣壓場(chǎng)和500 hPa位勢(shì)高度異常相對(duì)應(yīng)，700 hPa風(fēng)場(chǎng)異常顯示2013年夏季在格陵蘭島的南部和北部分別出現(xiàn)了一個(gè)異常氣旋中心，與此異常氣旋對(duì)應(yīng)是格陵蘭北部有來(lái)自北極的西北風(fēng)異常，西南區(qū)域有北風(fēng)異常（圖5）。來(lái)自北極的冷空氣降低格陵蘭冰蓋表面溫度，導(dǎo)致格陵蘭西北大部分區(qū)域、部分西南區(qū)域溫度低于氣候平均態(tài)。格陵蘭東部沿岸區(qū)域有偏南風(fēng)異常，從格陵蘭海來(lái)的較暖的氣流增加了冰蓋表面溫度。而 2012年夏季整個(gè)格陵蘭島幾乎被一個(gè)異常反氣旋所控制，其中心位于格陵蘭島西南沿海岸，在格陵蘭西南部為南風(fēng)和西南風(fēng)異常，格陵蘭北部和東部區(qū)域有偏北風(fēng)異常，最大風(fēng)異常超過(guò)了 4 m/s。這種反氣旋異常有利于將西北大西洋的暖氣流經(jīng)戴維斯海峽輸送到格陵蘭西南部，導(dǎo)致西南地區(qū)的冰蓋持續(xù)融化。這與Tedesco et al.（2013）的分析結(jié)果相似。2012年夏季整個(gè)格陵蘭冰蓋表面溫度明顯高于氣候平均態(tài)，最大異常出現(xiàn)在格陵蘭的中部偏東，高于氣候平均態(tài)約 3°C，而這也恰好是格陵蘭冰蓋海拔最高的區(qū)域，高溫異常使得以往溫度達(dá)不到融點(diǎn)的頂峰地區(qū)也出現(xiàn)了積雪融化。

3.3 輻射收支的熱力作用

同時(shí)，上述大氣環(huán)流的異常可以通過(guò)改變水汽（云）的分布進(jìn)而影響格陵蘭冰蓋表面輻射平衡。圖6給出表面向下的輻射通量的異常。可以看到，2013年夏季表面向下的短波太陽(yáng)輻射通量的正異常在格陵蘭島呈西南—東北走向，最大正異常出現(xiàn)在西南沿岸，約為20～30 W/m2。格陵蘭西北部，中東部和東南沿岸的小部分地區(qū)出現(xiàn)了負(fù)異

常，最大負(fù)異常出現(xiàn)在西北地區(qū)，約為20 W/m2。表面向下的長(zhǎng)波通量異常的空間分布與短波通量基本相反，最大負(fù)異常出現(xiàn)在格陵蘭中部偏西，最大正異常出現(xiàn)在格陵蘭西北部，但正負(fù)異常的強(qiáng)度都比短波輻射偏弱。我們進(jìn)一步計(jì)算了總的表面向下輻射通量，總的表面向下輻射通量的空間分布與短波通量非常相似，這說(shuō)明短波輻射通量起著主要的作用。空間分布上，除了格陵蘭西南和西北的小部分區(qū)域的異常可以達(dá)到10～20 W/m2，大部分地區(qū)接近于氣候平均態(tài)。與2013年不同，2012年夏季表面向下的短波通量異常在格陵蘭島呈現(xiàn)出南多北少的狀態(tài)，負(fù)異常從格陵蘭北部延伸到西南部分地區(qū)，北部地區(qū)大部分負(fù)異常超過(guò)了30 W/m2。長(zhǎng)波通量異常與短波相反，呈現(xiàn)出北多南少的狀態(tài)。最大正異常中心在格陵蘭偏北部，強(qiáng)度也超過(guò)了30 W/m2，負(fù)異常明顯偏弱?？偟南蛳螺椛渫恳廊皇嵌滩ㄕ贾饕糠?，但是應(yīng)該注意到，在格陵蘭北部偏東的部分地區(qū)，長(zhǎng)波通量異常起到了主要作用，表現(xiàn)為總的輻射通量的正異常，因此 2012年夏季比氣候平均態(tài)接收了更多的入射輻射通量，導(dǎo)致 2012年溫度明顯高于氣候平均態(tài)。表面向下輻射通量和云量和云的光學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系。低云可以阻擋入射的太陽(yáng)輻射，增加向下的紅外長(zhǎng)波輻射，Bennartz et al.（2013）研究指出，2012年夏季低液態(tài)含量云（low level liquid water cloud）出現(xiàn)頻率的增加，不僅可以有效地透射足夠多的太陽(yáng)輻射，并且還可以有效地起到保溫加熱的作用。然而，云不僅在理論、觀測(cè)上還是在氣候模式上都存在很大的不確定性，云對(duì)冰蓋表面融化到底能起到多大的作用，還有待進(jìn)一步研究和證實(shí)。

圖5 夏季（6、7、8月）近地面溫度場(chǎng)和700 hPa風(fēng)場(chǎng)相對(duì)于氣候平均態(tài)（1979～2013年平均）的異常圖（溫度單位：°C；風(fēng)矢量單位：m/s）：（a）2013年；（b）2012年Fig. 5 Near surface temperature and 700-hPa wind anomalies (relative to 1979–2013 mean) for summer (JJA) (temperature units: °C; wind units: m/s): (a)2013; (b) 2012

圖6 （a–c）2013年夏季（6、7、8月）格陵蘭島表面向下的短波、長(zhǎng)波、總輻射通量相對(duì)于氣候平均態(tài)（1979～2013年平均）的異常（單位：W/m2）；（d–f）同（a–c）但為 2012 年Fig. 6 (a–c) Surface downward shortwave, longwave, total radiation flux anomalies (relative to 1979–2013 mean) of Greenland for summer (JJA) 2013 (units:W/m2); (d–f) same as (a–c) but for year 2012

圖7給出格陵蘭冰蓋表面反照率異常。2013年夏季格陵蘭冰蓋表面反照率整體上接近氣候平均態(tài)，正異常主要出現(xiàn)在沿岸區(qū)域，格陵蘭北部和中部大部分地區(qū)為較小的負(fù)異常。反照率的增加可以反射更多的太陽(yáng)輻射，有利于降雪的累積，不利于冰蓋表面融化。而 2012年夏季格陵蘭島表面反照率全部低于氣候平均態(tài)，在西南融雪區(qū)域表面反照率最大負(fù)異常超過(guò)了10%，2012年冬季和春季新雪的累積量不足是導(dǎo)致反照率下降的重要因素。Hall et al.（2013）利用MODIS10A1反照率資料指出近10年格陵蘭地表反照率一直處于下降的趨勢(shì)，所得到的 2012年反照率的分布型和我們所用的MODIS43B3資料分析結(jié)果基本一致。

4 總結(jié)

本文利用衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)、MODIS反照率資料、歐洲中心再分析資料，主要通過(guò)從大氣環(huán)流對(duì)熱量輸送的動(dòng)力作用、冰蓋表面輻射收支的熱力作用兩個(gè)方面，著重分析了 2013年夏季格陵蘭冰蓋表面融化的狀況，并且與氣候平均態(tài)和 2012年夏季出現(xiàn)的極端融化事件相比較，結(jié)果表明：

（1）2013年格陵蘭冰蓋表面融化經(jīng)歷了相對(duì)緩和的一年，7月末出現(xiàn)的最大的表面融化范圍僅為44%，表面融化范圍變化也比較平緩，持續(xù)的時(shí)間接近于氣候平均態(tài)，表面融化標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)僅為＋0.2，與2012年大范圍長(zhǎng)時(shí)間的融化事件形成強(qiáng)烈對(duì)比。

（2）大氣環(huán)流異常對(duì)熱量的輸送對(duì)表面溫度有重要影響。2013年夏季海平面氣壓場(chǎng)，500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)，700 hPa風(fēng)場(chǎng)與2012年幾乎完全相反。格陵蘭地區(qū)出現(xiàn)明顯低壓異常，500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)也低于氣候平均態(tài)，格陵蘭北部靠近極地地區(qū)和格陵蘭的南部都出現(xiàn)了氣旋型異常，這使得格陵蘭大部分地區(qū)有偏北風(fēng)異常，夏季三個(gè)月持續(xù)為NAO正指數(shù)，這樣的環(huán)流異常有利于輸送極地的冷空氣到格陵蘭島，使格陵蘭冰蓋表面溫度降低。表面溫度的變化不僅體現(xiàn)在夏季平均溫度場(chǎng)上，也體現(xiàn)在夏季高溫事件出現(xiàn)的頻率上。我們進(jìn)一步計(jì)算了逐日近地表面最大溫度場(chǎng)在夏季 92天當(dāng)中，連續(xù)兩天出現(xiàn)超過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的頻率異常與氣候平均態(tài)出現(xiàn)的頻率的比值（圖8）?？梢钥吹?，2013年夏季幾乎全部格陵蘭出現(xiàn)高溫事件的頻率對(duì)于氣候平均態(tài)明顯偏少（僅在東北部到東部一部分沿岸地區(qū)有正異常）。而2012年夏季，所有格陵蘭地區(qū)出現(xiàn)高溫事件的頻率明顯增加，大部分區(qū)域可以超過(guò)氣候平均態(tài)1.5倍以上。

（3）2013年夏季格陵蘭冰蓋表面向下的短波輻射通量正異常呈西南—東北走向，正異常中心出現(xiàn)在格陵蘭的西南部，在西北、東部以及東南部出現(xiàn)負(fù)異常。向下的長(zhǎng)波通量與短波分布相反，總的向下的輻射通量基本上以短波分量為主，但是長(zhǎng)短波分量相互抵消使得 2013年夏季總的向下的輻射通量近似于氣候平均態(tài)。2012年夏季輻射通量總體上呈南北分布，并且正負(fù)異常的強(qiáng)度明顯高于2013年，大部分區(qū)域仍然是短波分量起到主導(dǎo)作用，但是在格陵蘭中部偏東北區(qū)域，長(zhǎng)波分量超過(guò)了短波分量，使得這些區(qū)域得到了更多的輻射通量，格陵蘭表面溫度顯著升高，促進(jìn)了冰蓋表面的融化。

圖7 夏季（6、7、8月）格陵蘭島地表反照率相對(duì)于氣候平均態(tài)（2004～2013年平均）的異常圖：（a）2013年；（b）2012年Fig. 7 Albedo anomalies (relative to 2004–2013 mean) of Greenland for summer (JJA): (a) 2013; (b) 2012

圖8 夏季近地表面最大溫度事件出現(xiàn)的頻率異常與氣候平均態(tài)出現(xiàn)頻率的比值：（a）2013年；（b) 2012年Fig. 8 The ratio between the frequency anomalies of summer surface maximum temperature and the frequency of climatology: (a) 2013; (b) 2012

綜上所述，大氣環(huán)流對(duì)熱量輸送的動(dòng)力作用和表面輻射收支的熱力作用對(duì)夏季格陵蘭冰蓋表面融化起著重要的作用。此外，圖2夏季格陵蘭表面融化標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)與超前一年的表面融化指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.72，去掉趨勢(shì)后為0.36（都通過(guò)95%的信度檢驗(yàn)）。這說(shuō)明格陵蘭冰蓋表面融化與前一年的冰蓋表面狀況可能存在一定的聯(lián)系。Huybrechts and DeWolde（1999）通過(guò)數(shù)值模擬指出，冰蓋表面消融范圍的變化可以通過(guò)冰流速度使冰蓋質(zhì)量重新分布，冰蓋外緣質(zhì)量的輸出可以增加內(nèi)部向外的冰流速度，從而加大冰蓋面積。目前有更多冰蓋模式正將冰蓋表面消融考慮到冰蓋物質(zhì)平衡之中（Mernild et al.，2011；Mernild and Liston，2012），這里的分析結(jié)果將有助于我們進(jìn)一步評(píng)估模式在模擬影響格陵蘭島冰蓋表面融化物理過(guò)程的能力，從而減少氣候模擬和氣候變化預(yù)測(cè)的不確定性，更好地量化未來(lái)氣候變化所導(dǎo)致的冰蓋消融及其影響（例如：海平面上升；Goelzer et al., 2012）。

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