大气环流模式对北极冰盖消融的响应

纽森

编者按

英国气象局纽森的这篇文章现在看来很有预见性。纽森展示了“超高速计算机”的出现能够改变人们对全球天气及气候变化的长期模式的预测能力。为了阐明这种可能性，纽森考虑了由于北极冰盖的完全融化而改变北半球气候的可能性。北极冰盖的融化减少了太阳辐射的反射，融化后所形成的极地水域变成了一个储热器。温度的显著变化至少会波及中纬度的欧洲和北美洲地区。虽然纽森只是作了一个试验，但如今，由于全球变暖引起北极冰盖消失是完全可能的。英文

过去几年，为研究大气环流及其长期特性发展建立了若干数值模式。（参见如斯马尔戈林斯基等 ^[1] 、笠原和华盛顿 ^[2] 的文章。）这些模式均以流体运动方程和热动力学方程为基础，利用数学形式将那些被认为对长周期（一个月甚至更长）的大尺度大气运动具有重要作用的主要物理过程表达出来。超高速计算机的出现使这些模式中的数值计算变得相当容易。英文

科尔比等 ^[3] 对其中的一个模式作了详细描述。其计算模型的基本思路是：选用适合于指定季节下的物理参数，由初始状态向前（向未来）积分若干天，将这些天的结果取平均得到季节平均值。在本文所描述的试验中，该模式是在冬季条件下，积分80天，将最后40天的结果取平均作为该季节的平均值。英文

通过模式中的参数变化可以研究模式对某种假定的物理性质变化的反应。这些变化之一是，用保持冰点的开阔洋面取代平均气候态下的冬季北极冰川，这样就将由辐射平衡决定温度的表面作为恒温表面来处理。用冰川面和开阔洋面推算得出的结果相差很大，两者最明显的差别是：北极地区上空的对流层下部明显变暖，这应该是意料中的，因为在北极无冰条件下，海洋中储存的热量平衡了辐射损失。科学家预期中纬度地区大气层下部的温度似乎也可能升高。但实际上，在中纬度地区陆地上方的近地面层温度在下降；而洋面上方的温度变化很小，因为海面平均温度是保持不变的。该结果见图1，图中给出了两种计算条件下季节平均值的差异，所用的平均值为模式中最能代表地表温度的值。两者的差异非常明显。中纬度的降温幅度大概与1963年1月极端的–5℃的异常相当，而–2℃的温度异常就意味着一个极其寒冷的冬月。英文

图1. 在假定无冰和平均气候态下有北极冰川时，模拟计算出的近地表温度差异，单位为℃。阴影部分代表无冰实验中气候变冷的区域。

英文

从上述试验得到的其他结果表明，如果没有北极冰盖，中纬度盛行西风带将大幅南移并减弱。这一点与利用明茨–荒川模式得到的北极无冰条件下大气环流试验结果相似 ^[4] 。看上去似乎是赤道与极地之间气温梯度的总体下降造成了中纬度地区西风带的强度减弱，因而大气环流被堵塞。所以，当北冰洋不再有冰川存在时，那些目前气候上受益于西风带的地区可能会变得更冷。英文

我并不是说上述结果必然表明发生在实际大气中的过程，因为模式本身存在许多不足之处，而且也不应该将这些结果用到某一特定地区，因为从定量上来看它们几乎都不正确。中纬度地区温度的变化更让我们意想不到；而且结果表明，定性的结论也是靠不住的，因为在一个像大气环流这样复杂的物理体系中，包含了太多非线性相互作用和反馈机制。英文

要对本文提出的问题给出可靠的答复，这些数值模式还需要更多的细化和改进。尽管如此，采用数值方法来研究气候变化问题的潜在优势是毋庸置疑的。英文

（齐红艳　翻译；王鹏云　审稿）