在全球气候变化的背景下,北极气温变化是全球平均水平的2倍,这导致北极海冰显著衰减,并多次刷新历史低值。由于北极天气气候恶劣,现场观测稀少,基于数值模拟的海冰厚度再分析数据被广泛应用于北极放大效应与全球气候变化的研究。但受制于对海冰物理过程的有限认知,冰厚再分析数据仍存在较大的误差与不确定性,系统性评估北极海冰厚度再分析数据是提高北极海冰数值模拟预测水平的重要一环。
TOPAZ4是挪威南森环境与遥感中心针对北大西洋与北极研发的区域耦合系统。该系统基于HYCOM模式,采用先进的资料同化方法,不仅同化了海表温度、海表盐度等数据,还同化了卫星融合的冰厚数据CS2SMOS。虽然其海冰再分析数据已被较多研究使用,但研究人员尚不清楚其冰厚模拟的具体误差信息,这会进一步影响相关研究的可靠性。
基于现场观测、卫星遥感数据与再分析数据,TOPAZ4耦合系统评估了TOPAZ4冰厚在2014-2018年的表现。研究发现: TOPAZ4可以较好地模拟北极海冰厚度的分布,与其他再分析数据(PIOMAS,CMST)相比,TOPAZ4模拟的海冰厚度变化振幅较小。但是,TOPAZ4模拟冰厚的误差有很强的时空分布特征,其误差在冬季较大;加拿大群岛北部地区的冰厚低估了约0.3m。
研究成果于2021年1月13日在冰冻圈科学领域高水平期刊Journal of Glaciology (SCI二区)上发表,题目为“Evaluation of sea-ice thickness reanalysis data from the coupled ocean-sea-ice data assimilation system TOPAZ4”。创新团队核心成员杨清华教授为文章的通讯作者,中山大学大气科学学院硕士生修勇武为文章的第一作者,创新团队骨干成员韩博副教授和中山大学博士生闵超为文章的合作作者。
该研究得到了国家自然科学基金以及南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。
图1 2014-2018年TOPAZ4再分析冰厚与向上仰视声纳观测冰厚的时间序列对
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