1961—2017年南极冰盖近地面风时空变化研究

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0091

摘要/Abstract

摘要：

基于19个人工气象站1961—2017年风速风向实测数据对南极冰盖近地面风速时空变化和风向进行了分析。结果表明：近50年来，南极冰盖近地面各季节平均风速和年平均风速变化的空间模式基本一致。东南极0°~120° E沿海地区风速呈显著上升趋势；南极半岛气象站风速变化趋势各异，且变化速率相差甚大，但从区域平均结果来看，南极半岛年和季节平均风速均呈上升趋势。这与近几十来局地气温、气压变化及南半球环状模趋向于正位相发展有关。东南极受下降风和绕极东风影响，大部分地区盛行偏南风或偏东风，且频率较高风向稳定；而受天气活动影响，南极半岛风向复杂，主风向频率低，风向多变。

关键词: 南极冰盖, 近地面风速, 近地面风向, 变化趋势

Abstract:

Based on the measured wind speed and wind direction data from 19 manned weather stations during 1961—2017， the temporal and spatial variations of near-surface wind speed and wind direction over the Antarctic ice sheet were analyzed. The results show similar spatial variability patterns between seasonal and annual mean near-surface wind speeds over the Antarctic Ice Sheet from 1961 to 2017. The wind speeds in the coastal area of 0°~120° E sector of East Antarctica showed a significant upward trend. The sign and magnitude of trends in the wind speeds from 6 meteorological stations on the Antarctic Peninsula are different. Both annual and seasonal wind speeds averaged over the 6 stations exhibited upward trends during 1961—2017. The upward trends were related to local warming， decline in the sea level pressure， and the positive polarity of the southern annular mode in recent decades. Southerly or easterly winds prevailed in most areas of East Antarctica， and the wind directions were stable. On the Antarctic Peninsula， influenced by frequently synoptic activities， the wind directions are variable， and it is not easy to determine the dominant wind direction.

Key words: Antarctic Ice Sheet, near-surface wind speed, wind direction, variation trends

中图分类号:

P425.4

殷宝玲,刘琪,王叶堂. 1961—2017年南极冰盖近地面风时空变化研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1383-1399.

Baoling YIN,Qi LIU,Yetang WANG. Spatial and temporal variations of the near-surface winds over the Antarctic Ice Sheet during 1961—2017[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(5): 1383-1399.

图/表 16

表1

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图2

图3

图4

图5

表2

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表4

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图6

附图1

附图2

附图3

附图4

附图5

参考文献 37

1	van Lipzig N P M， Turner J， Colwell S R， et al. The near‐surface wind field over the Antarctic continent［J］. International Journal of Climatology： A Journal of the Royal Meteorological Society， 2004， 24（15）： 1973-1982.
2	Giovinetto M B， Bromwich D H， Wendler G. Atmospheric net transport of water vapor and latent heat across 70 S［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 1992， 97（D1）： 917-930.
3	Parish T R， Bromwich D H. The surface windfield over the Antarctic ice sheets［J］. Nature， 1987， 328（6125）： 51-54.
4	Sun Qizhen， Zhang Lin， Zhang Zhanhai， et al. A case study on numerical simulation of summer downwind at Zhongshan Station， Antarctica［J］. Journal of ocean， 2016， 38（3）： 71-81.
	孙启振，张林，张占海，等. 南极中山站夏季下降风数值模拟个例研究［J］. 海洋学报， 2016， 38（3）： 71-81.
5	Ding Zhuoming， Zhang Lin， Bian Lingen， et al. Analysis of downwind characteristics along the coast of Prydz Bay［J］. Polar research， 2015， 27（4）： 351-363.
	丁卓铭，张林，卞林根，等. 普里兹湾沿岸下降风特征分析［J］. 极地研究， 2015， 27（4）： 351-363.
6	Chenoli S N， Turner J， Samah A A. A climatology of strong wind events at McMurdo station， Antarctica［J］. International Journal of Climatology， 2013， 33（12）： 2667-2681.
7	Nylen T H， Fountain A G， Doran P T. Climatology of katabatic winds in the McMurdo dry valleys， southern Victoria Land， Antarctica［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2004， 109： D03114.
8	Chen Shanmin， Li Songru. Characteristics of wind at the Great Wall Station in Antarctica from January to March 1985［J］. Journal of Meteorology， 2013， 45（3）： 363-365.
	陈善敏，李松如. 1985年1—3月南极长城站风的特征［J］. 气象学报， 2013， 45（3）： 363-365.
9	Xin Y F， Bian L G， Rinke A， et al. Simulation and evaluation of 2-m temperature over Antarctica in polar regional climate model［J］. Science China Earth Sciences， 2014， 57（4）： 703-709.
10	Dickinson R E， Errico R M， Giorgi F， et al. A regional climate model for the western United States［J］. Climatic change， 1989， 15（3）： 383-422.
11	Xu Z， Yang Z L. An improved dynamical downscaling method with GCM bias corrections and its validation with 30 years of climate simulations［J］. Journal of Climate， 2012， 25（18）： 6271-6286.
12	Giorgi F， Marinucci M R， Visconti G. Use of a limited‐area model nested in a general circulation model for regional climate simulation over Europe［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 1990， 95（D11）： 18413-18431.
13	Sass B H， Christensen J H. A simple framework for testing the quality of atmospheric limited-area models［J］. Monthly weather review， 1995， 123（2）： 444-459.
14	Podzun R， Cress A， Majewski D， et al. Simulation of European climate with a limited area model. Part II： AGCM boundary conditions.［J］. Contributions to Atmospheric Physics， 1995， 68（3）： 205-225.
15	McGregor J L， Walsh K. Nested simulations of perpetual January climate over the Australian region［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 1993， 98（D12）： 23283-23290.
16	Fogt R L， Wovrosh A J， Langen R A， et al. The characteristic variability and connection to the underlying synoptic activity of the Amundsen‐Bellingshausen Seas Low［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2012， 117（D7）.
17	Tian Baofeng， Yang Jiansi， Liu Sha， et al. Research progress of Antarctic seismology ［J］. Journal of seismology， 2012， 34（2）： 267-279.
	田宝峰，杨建思，刘莎，等. 南极地震学研究进展［J］. 地震学报， 2012， 34（2）： 267-279.
18	Bromwich D H， Nicolas J P， Monaghan A J， et al. Central West Antarctica among the most rapidly warming regions on Earth［J］. Nature Geoscience， 2013， 6（2）： 139-145.
19	Nicolas J P， Bromwich D H. New reconstruction of Antarctic near-surface temperatures： Multidecadal trends and reliability of global reanalyses［J］. Journal of Climate， 2014， 27（21）： 8070-8093.
20	Fogt R L， Goergens C A， Jones J M， et al. A twentieth century perspective on summer Antarctic pressure change and variability and contributions from tropical SSTs and ozone depletion［J］. Geophysical Research Letters， 2017， 44（19）： 9918-9927.
21	Turner J， Colwell S R， Marshall G J， et al. Antarctic climate change during the last 50 years［J］. International journal of Climatology， 2005， 25（3）： 279-294.
22	Thompson D W J， Wallace J M. Annular modes in the extratropical circulation. Part I： Month-to-month variability［J］. Journal of climate， 2000， 13（5）： 1000-1016.
23	Marshall G J. Trends in the Southern Annular Mode from observations and reanalyses［J］. Journal of climate， 2003， 16（24）： 4134-4143.
24	Thompson D W J， Solomon S. Interpretation of recent Southern Hemisphere climate change［J］. Science， 2002， 296（5569）： 895-899.
25	Dong X， Wang Y， Hou S， et al. Robustness of the recent global atmospheric reanalyses for Antarctic near-surface wind speed climatology［J］. Journal of Climate， 2020， 33（10）： 4027-4043.
26	Xiao Cunde. Climate system change in Antarctica： past， present and future ［J］. Progress in climate change research， 2008， 4（1）： 1-7.
	效存德. 南极地区气候系统变化：过去，现在和将来［J］. 气候变化研究进展， 2008， 4（1）： 1-7.
27	van den Broeke M R， van Lipzig N P M. Changes in Antarctic temperature， wind and precipitation in response to the Antarctic Oscillation［J］. Annals of Glaciology， 2004， 39： 119-126.
28	Turner J， Colwell S R， Marshall G J， et al. Antarctic climate change during the last 50 years［J］. International journal of Climatology， 2005， 25（3）： 279-294.
29	Zheng Fei， Li Jianping， Liu Ting. Some research progress on the climate impact of circular model in the southern hemisphere ［J］. Journal of Meteorology， 2014， 72（5）： 926-939.
	郑菲，李建平，刘婷. 南半球环状模气候影响的若干研究进展［J］. 气象学报， 2014， 72（5）： 926-939.
30	Clem K R， Renwick J A， McGregor J， et al. The relative influence of ENSO and SAM on Antarctic Peninsula climate［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 2016， 121（16）： 9324-9341.
31	Hosking J S， Orr A， Marshall G J， et al. The influence of the Amundsen-Bellingshausen Seas low on the climate of West Antarctica and its representation in coupled climate model simulations［J］. Journal of Climate， 2013， 26（17）： 6633-6648.
32	Thoma M， Jenkins A， Holland D， et al. Modelling circumpolar deep water intrusions on the Amundsen Sea continental shelf， Antarctica［J］. Geophysical Research Letters， 2008， 35（18）： l18602.
33	Rodrigo J S， Buchlin J M， van Beeck J， et al. Evaluation of the Antarctic surface wind climate from ERA reanalyses and RACMO2/ANT simulations based on automatic weather stations［J］. Climate Dynamics， 2013， 40（1-2）： 353-376.
34	König‐Langlo G， King J C， Pettré P. Climatology of the three coastal Antarctic stations Dumont d'Urville， Neumayer， and Halley［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 1998， 103（D9）： 10935-10946.
35	Kottmeier C. The influence of baroclinicity and stability on the wind and temperature conditions at the Georg von Neumayer Antarctic station［J］. Tellus A： Dynamic Meteorology and Oceanography， 1986， 38（3）： 263-276.
36	Ohata T， Kobayashi S， Ishikawa N， et al. Structure of the katabatic winds at Mizuho Station， East Antarctica［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres， 1985， 90（D6）： 10651-10658.
37	Sato K， Hirasawa N. Statistics of Antarctic surface meteorology based on hourly data in 1957–2007 at Syowa Station［J］. Polar Science， 2007， 1（1）： 1-15.

站名	经度	纬度	位置	时间（风速）	完整度/%	时间（风向）	完整度/%
Amundsen-Scott	0°	90° S	东南极	1961—2017年	100	1961—2017年	100
Belgrano	34.6° W	77.9° S	东南极	1964—2017年	77.9	1964—2017年	84.9
Casey	110.6° E	66.3° S	东南极	1961—2017年	99.6	1961—2017年	99.4
Davis	78.0° E	68.6° S	东南极	1961—2017年	92.3	1961—2017年	91.2
Dumont-Durville	140.0° E	66.7° S	东南极	1961—2017年	94.9	1961—2017年	94.9
Halley	26.4° W	76.0° S	东南极	1961—2017年	99.9	1961—2017年	99.6
Mawson	62.9° E	67.6° S	东南极	1961—2017年	100	1961—2017年	99.7
McMurdo	166.7° E	77.9° S	东南极	1961—2017年	76.6	1961—2017年	69.4
Mirny	93.0° E	66.5° S	东南极	1961—2017年	99.3	1988—2017年	92.2
Novolazarevskaya	11.8° E	70.8° S	东南极	1961—2017年	96.1	1989—2017年	87.4
Syowa	39.6° E	69.0° S	东南极	1961—2017年	93.0	1961—2017年	92.8
Vostok	106.9° E	78.5° S	东南极	1961—2017年	92.0	1963—2017年	82.1
Byrd	119.4° W	80.0° S	西南极	1961—2017年	54.7	1961—2017年	51.9
Esperanza	57.0° W	63.4° S	南极半岛	1961—2017年	88.6	1961—2017年	89.3
Faraday/Vernadsky	64.4° W	65.4° S	南极半岛	1961—2017年	99.6	1961—2017年	99.4
Marambio	56.7° W	64.2° S	南极半岛	1971—2017年	98.4	1971—2017年	98.6
Marsh	57.9° W	63.3° S	南极半岛	1970—2017年	93.9	1970—2017年	93.6
Orcadas	44.7° W	60.7° S	南极半岛	1961—2017年	88.5	1961—2017年	88.0
Bellingshausen	58.9° W	62.2° S	南极半岛	1968—2017年	100	1968—2017年	89.3

站名	气温数据时间	年平均	秋季	冬季	春季	夏季
Amundsen-Scott	1961—2017年	0.25	0.03	0.48**	0.44**	0.22
Belgrano	1980—2017年	0.11	0.33	0.00	0.05	0.33
Casey	1961—2017年	0.43**	0.56**	0.60**	0.60**	0.06
Davis	1961—2017年	0.32*	0.27*	0.39**	0.50**	0.14
Dumont-Durville	1994—2017年	0.19	0.52**	0.37**	0.37**	-0.17
Halley	1961—2017年	0.53**	0.71**	0.58**	0.59**	0.37**
Mawson	1961—2017年	0.41**	0.55**	0.56**	0.36**	-0.13
McMurdo	1961—2017年	-0.18	0.04	0.18	-0.05	-0.12
Mirny	1961—2017年	0.06	0.22	0.04	0.22	0.02
Novolazarevskaya	1961—2017年	0.41**	0.59**	0.72**	0.36**	0.14
Syowa	1961—2017年	0.46**	0.59**	0.60**	0.42**	-0.03
Vostok	1961—2017年	-0.08	0.07	-0.15	0.07	0.26*
Byrd	1961—2017年	-0.30**	-0.13	0.04	0.01	-0.18
Esperanza	1961—2017年	-0.12	-0.09	-0.20	0.08	0.10
Faraday/Vernadsky	1961—2017年	0.42**	0.42**	0.60**	0.12	0.19
Marambio	1970—2017年	-0.27	-0.31*	-0.11	-0.09	-0.21
Marsh	1969—2017年	0.10	0.22	0.31*	-0.11	-0.41**
Orcadas	1961—2017年	0.01	0.10	0.06	0.16	0.30*
Bellingshausen	1968—2017年	0.39**	0.09	0.50**	0.31*	-0.00

站名	海平面气压数据时间	年平均	秋季	冬季	春季	夏季
Amundsen-Scott	1961—2017年	0.14	0.00	0.27	0.16	0.02
Belgrano	1980—2017年	-0.16	-0.09	-0.20	-0.27	-0.20
Casey	1961—2017年	-0.41**	-0.28*	-0.07	-0.21	-0.41**
Davis	1961—2017年	-0.54**	-0.36**	-0.11	-0.02	-0.50**
Dumont-Durville	1994—2017年	-0.16	-0.28	0.26	-0.40	0.10
Halley	—	—	—	—	—	—
Mawson	1961—2017年	-0.06	-0.07	0.03	-0.02	-0.36**
McMurdo	1961—2017年	0.40**	0.34*	0.28	-0.10	0.21
Mirny	1961—2017年	0.13	0.04	0.23	0.07	-0.07
Novolazarevskaya	1961—2017年	-0.32*	-0.32*	0.03	-0.16	-0.42**
Syowa	1961—2017年	-0.36**	-0.37**	-0.01	-0.45**	-0.45**
Vostok	1961—2017年	0.09	0.19	0.00	-0.07	-0.05
Byrd	1961—2017年	-0.29	-0.20	-0.14	-0.26	0.02
Esperanza	1961—2017年	0.33**	-0.02	0.02	0.11	-0.22
Faraday/Vernadsky	—	—	—	—	—	—
Marambio	1972—2017年	-0.02	-0.06	-0.15	-0.16	0.09
Marsh	1970—2017年	-0.84**	-0.70**	-0.66**	-0.65**	-0.63**
Orcadas	1961—2017年	0.06	-0.21	0.10	0.14	-0.29*
Bellingshausen	1968—2017年	-0.31*	-0.50**	-0.30*	-0.48**	-0.21

时间	南极半岛		西南极		东南极沿海
时间	逐年数据	5年滑动平均数据	逐年数据	5年滑动平均数据	逐年数据	5年滑动平均数据
秋季	0.26*	0.38*	-0.04	-0.41*	-0.30*	-0.11
冬季	-0.06	0.27	-0.01	-0.22	-0.40*	-0.09
春季	0.23	0.16	-0.02	-0.34	-0.10*	-0.30
夏季	0.24	0.60*	-0.11	-0.59*	0.26	0.71*
年平均	0.31*	0.59*	-0.10	-0.55*	-0.07	0.55*

区域	气象站	主导风向	频率/%	区域	气象站	主导风向	频率/%
东南极	Amunden-Scott	NE	43.9	东南极	Vostok	WSW	42.4
	Belgrano	SSE	16.7	东南极	McMurdo	ENE	36.1
	Casey	E	37.1	西南极	Byrd	N	51.0
	Davis	E	30.1		Bellingshausen	NW	23.1
	Dumont-Durville	SE	50.0		Esperanza	W	30.3
	Halley	E	48.7		Faraday	NNE	18.8
	Mawson	SE	65.4		Marambio	WSW	25.0
	Mirny	SE	54.5		Marsh	NW	23.0
	Novolazarevskaya	SE	63.8		Orcada	NNW	38.2
	Syowa	ENE	48.0