中國科學(xué)院大氣物理研究所最近發(fā)布了今年北極海冰最小覆蓋范圍預(yù)測結(jié)果，根據(jù)該所海冰研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的北極海冰集合同化數(shù)值預(yù)測系統(tǒng)，2019年9月北極海冰覆蓋范圍最小值約為420萬平方公里，接近歷史第二低值。

北極海冰覆蓋面積是如何計(jì)算出來的？北極海冰面積與人類生活有什么關(guān)系？科技日報(bào)記者就此采訪了團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員劉驥平。

數(shù)值模式直接關(guān)系預(yù)測準(zhǔn)確性

劉驥平告訴記者，目前北極海冰季節(jié)預(yù)報(bào)有兩種手段，一種是較為簡單的統(tǒng)計(jì)方法，另一種是復(fù)雜的數(shù)值模式。

每年9月，北極海冰覆蓋范圍出現(xiàn)最小值。傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法是在不同變量間建立關(guān)系，即利用歷史海冰、大氣和海洋數(shù)據(jù)建立統(tǒng)計(jì)模型，然后將其應(yīng)用到對海冰覆蓋面積最小值的預(yù)測。

與統(tǒng)計(jì)方法不同，另一種是動(dòng)力數(shù)值模式。該模式分為兩類，一類是考慮海冰和海洋兩個(gè)分量的海冰—海洋耦合模式，其使用給定的歷史大氣情況去驅(qū)動(dòng)海冰—海洋耦合模式進(jìn)行海冰預(yù)報(bào)；一類是用完全耦合的包括大氣、海冰和海洋三個(gè)分量的模式進(jìn)行海冰預(yù)測。

“如果用完全耦合方式，模式會變得非常復(fù)雜。”劉驥平說，與其他機(jī)構(gòu)研發(fā)的模式相比，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的北極區(qū)域模式考慮了大氣、海冰、海洋三個(gè)分量模式。“大氣分量會直接影響預(yù)測的準(zhǔn)確性，但在模式模擬中耗時(shí)也最多，按照在超級計(jì)算機(jī)上運(yùn)算的工作量來說，海冰和海洋分量的工作量約占40%，而大氣分量約占60%。”

利用動(dòng)力數(shù)值模式開展海冰預(yù)測，依賴于初始海冰的狀態(tài)，如從6月1日開始預(yù)測9月最小值，需要6月1日觀測的海冰狀態(tài)。

劉驥平同時(shí)表示，與其他觀測手段相比，衛(wèi)星遙感具有大尺度、實(shí)時(shí)與連續(xù)觀測的特點(diǎn)，可以為模式提供更準(zhǔn)確、更合理的海冰初始條件，進(jìn)而減小模式的模擬偏差，提高北極海冰的預(yù)測能力。但衛(wèi)星遙感的缺點(diǎn)也顯而易見，其只能比較好地觀測到海冰覆蓋情況，對海冰厚度和其他狀態(tài)的估算有比較大的誤差，這樣會給海冰預(yù)測帶來不確定性。但衛(wèi)星遙感海冰監(jiān)測和信息提取技術(shù)為發(fā)展業(yè)務(wù)化海冰數(shù)值預(yù)報(bào)提供了重要技術(shù)支撐。

海冰預(yù)測精度目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠

北極海冰的快速減少和變薄已引起了國際上的廣泛關(guān)注，并對許多利益相關(guān)者提出了挑戰(zhàn)，包括北極航道航行安全、氣候變化研究、自然資源開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展、地緣政治、北極沿岸部落群體生活方式等。

堅(jiān)冰覆蓋的北極原本并不適合船只航行，隨著全球氣候變暖，北極海冰不斷融化，這才讓北極航道逐漸具備通航可能性。北極航道主要包括俄羅斯沿岸的東北航道、途經(jīng)加拿大北部北極群島的西北航道和穿越北冰洋中央公海海域的中央航道，東北航道是目前主要通航的路線，近年來，我國已試航成功的集裝箱船走的就是東北航道。

由于計(jì)算量大，目前全球氣候模式只能給出空間分辨率約為100公里的北極海冰預(yù)測。對借道北極航道的商船來說，這個(gè)精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

“相比起來，北極區(qū)域氣候模式的空間分辨率可以很高，我們目前給出的是約為20公里的北極海冰預(yù)測，但商船船東更關(guān)心的是幾公里以內(nèi)的海冰覆蓋情況。”劉驥平告訴記者，目前團(tuán)隊(duì)正在開展3至5公里范圍的海冰預(yù)測。

北極海冰快速變化對我國的氣候異常、環(huán)境狀況等方面也有重要影響。北極海冰的減少可以通過減弱中高緯的西風(fēng)急流，使得一些地區(qū)的阻塞形勢出現(xiàn)的頻率增加，北極冷空氣向這些地區(qū)入侵的頻率增加，可致這些地區(qū)冬季低溫天氣頻繁和異常降雪。此外，北極海冰的減少，會影響大氣環(huán)流，使得北方大氣擴(kuò)散條件減弱，引起冬春季霧霾的增加。

但劉驥平說，準(zhǔn)確地進(jìn)行北極海冰跨季節(jié)預(yù)測依然充滿挑戰(zhàn)。