摘要：文章基于第六次國際耦合模式比較計(jì)劃（ CM I P 6）的情景模式比較子計(jì)劃的4種強(qiáng)迫情景，利用6個(gè)模式的輸出數(shù)據(jù)對北極海區(qū)海冰密集度和海冰厚度的未來空間分布和長期變化趨勢進(jìn)行分析，并結(jié)合海面氣溫分析了其對海冰變化的可能影響。結(jié)果表明，不同強(qiáng)迫情景下2 0 3 0年、2 0 4 0年和2 0 5 0年北極大部分海域海冰密集度均超過5 0%，海冰厚度約為1. 5m左右，其中東格陵蘭海、巴倫支海、喀拉海和楚科奇海部分海域海冰密集度和厚度相對較小。2 0 1 5—2 0 5 0年兩者整體均呈現(xiàn)下降的特征，部分海區(qū)的海冰密集度在高強(qiáng)迫情景下每年降低最大可超1%。2 0 5 0年高強(qiáng)迫情景的季節(jié)變化結(jié)果顯示，大部分海區(qū)冬春季海冰密集度超過9 0%，且各月均呈現(xiàn)下降趨勢。海冰厚度方面，冬春夏大部分海區(qū)海冰厚度超過1m，而秋季大部分海區(qū)海冰厚度小于等于0.5m。1 2月至翌年5月全域海冰厚度以減小為主，其余月份卻出現(xiàn)小范圍海冰厚度增加的區(qū)域。至2 1 0 0年的長期變化趨勢方面，北冰洋中心區(qū)、東格陵蘭海和楚科奇海海冰密集度和海冰厚度均隨時(shí)間增加而減小，其中北冰洋中心區(qū)減小速率最大，同時(shí)三個(gè)海區(qū)海面氣溫將在未來持續(xù)增溫。此外，海面氣溫的空間分布和長期變化趨勢均與海冰密集度間存在較明顯的相反變化特征，說明了氣溫對海冰的可能影響。本研究可為未來北極海冰在不同的強(qiáng)迫情景下的變化特征提供一定的參考。

關(guān)鍵詞： CM I P 6數(shù)據(jù)；海冰密集度；海冰厚度；海面氣溫；海冰變化

中圖分類號： P 7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1 0 0 5-9 8 5 7（ 2 0 2 4） 0 6-0 0 3 5-1 2

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（ 2 0 2 2 Y F C 3 1 0 4 8 0 5） ；自然資源部海洋環(huán)境信息保障技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金課題（ B 2 2 2 0 9） ；上海市極地前沿科學(xué)研究基地開放課題基金（ S OO 2 0 2 4-0 8） ；廣東海洋大學(xué)博士科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（ R 2 0 0 2 2） ；粵西熱帶海洋生態(tài)環(huán)境野外科學(xué)觀測研究站項(xiàng)目（ 2 0 2 4 B 1 2 1 2 0 4 0 0 0 8） ；國防科技創(chuàng)新特區(qū)項(xiàng)目；廣東省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（ 2 0 2 3 K C X T D 0 1 5） ；廣東省沖一流專項(xiàng)資金項(xiàng)目（ 2 3 1 4 1 9 0 1 2， 2 3 1 9 1 9 0 3 0）.

A n a l y s i so f t h eF u t u r eD i s t r i b u t i o na n dT r e n do f A r c t i cS e aI c eU s i n gCM I P 6D a t a

S H IX u d o n g1， 2， 3，HET a o1， 2， 3，L IM i n1， 2， 3， 4， 5，L IB i n g r u i6， L I US i m e n g1， 2， 3，X I EL i n g l i n g1， 2， 3

（ 1. L a b o r a t o r yo fC o a s t a lO c e a nV a r i a t i o na n dD i s a s t e rP r e d i c t i o n，G u a n g d o n gO c e a nU n i v e r s i t y，Z h a n j i a n g5 2 4 0 8 8，C h i n a；2. K e yL a b o r a t o r yo fC l i m a t e，R e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t i nC o n t i n e n t a lS h e l f S e aa n dD e e pS e ao fD e p a r t m e n to fE d u c a t i o no fG u a n g d o n gP r o v i n c e，Z h a n j i a n g5 2 4 0 8 8，C h i n a； 3. K e yL a b o r a t o r yo fS p a c eO c e a nR e m o t eS e n s i n ga n dA p p l i c a t i o n，M i n i s t r yo fN a t u r a lR e s o u r c e s， Z h a n j i a n g5 2 4 0 8 8，C h i n a；4. S h a n g h a iK e yL a b o r a t o r yo fP o l a rL i f ea n dE n v i r o n m e n tS c i e n c e s（ S h a n g h a i J i a oT o n gU n i v e r s i t y） ，S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0，C h i n a；5. K e yL a b o r a t o r yo fP o l a rE c o s y s t e m a n dC l i m a t eC h a n g e（ S h a n g h a i J i a oT o n gU n i v e r s i t y） ，M i n i s t r yo fE d u c a t i o n，S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0，C h i n a； 6. P o l a rR e s e a r c hI n s t i t u t eo fC h i n a，S h a n g h a i 2 0 0 1 3 6，C h i n a）

A b s t r a c t：T h i ss t u d ye x a m i n e st h ef u t u r es p a t i a ld i s t r i b u t i o n sa n dl o n g - t e r mt r e n d so ft h es e a i c ec o n c e n t r a t i o n（ S I C）a n dt h es e a i c et h i c k n e s s（ S I T）i nt h eA r c t i c，a l o n gw i t ht h ep o t e n t i a l i m p a c t so f t h eT e m p e r a t u r e a tS u r f a c e（ T A S） ，u s i n g t h eo u t p u t so f s i xm o d e l su n d e r f o u r f o r c -i n gs c e n a r i o s o f t h eC o u p l e dM o d e l I n t e r c o m p a r i s o nP r o j e c tP h a s e 6（ CM I P 6）. T h e r e s u l t s s h o w t h a t，u n d e r t h e f o u r f o r c i n gs c e n a r i o s，t h eS I Ce x c e e d s 5 0%a n d t h eS I Ti s a p p r o x i m a t e l y1.5m i nm o s tp a r t so f t h eA r c t i c i n2 0 3 0，2 0 4 0，a n d2 0 5 0. H o w e v e r，i nt h er e g i o n so fE a s tG r e e n -l a n d，t h eB a r e n t sS e a，t h eK a r aS e a，a n dt h eC h u k c h iS e a，t h eS I Ca n dS I Ta r ec o m p a r a t i v e l y l o w e r a n d t h i n n e r . B o t ht h eS I Ca n d t h eS I Te x h i b i t d e c l i n i n g t r e n d sd u r i n g2 0 1 5—2 0 5 0. S p e c i f -i c a l l y，u n d e r t h eh i g h - f o r c i n gs c e n a r i o，t h eS I Ci ns o m e r e g i o n sd e c r e a s e sb yo v e r 1%p e ry e a r . I n2 0 5 0，u n d e rt h eh i g h - f o r c i n gs c e n a r i o，t h eS I Ci n m o s to ft h eA r c t i ce x c e e d s9 0% d u r i n g w i n t e ra n ds p r i n gm o n t h s . T h eS I Cr e v e a l sad e c r e a s i n gt r e n d i ne v e r ym o n t h. T h eS I Te x c e e d s 1mf r o m w i n t e r t os u mm e r i nm o s t r e g i o n s，w h i l e i t i s l e s s t h a no re q u a l t o0.5mi nt h ef a l l . F r o m D e c e m b e r t oM a y，t h eS I Te x h i b i t s ad e c r e a s i n g t r e n da c r o s s t h eA r c t i c，w i t hs o m e l o c a l -i z e d i n c r e a s e so b s e r v e d i no t h e rm o n t h s . R e g a r d i n g t h e l o n g - t e r mt r e n du p t o2 1 0 0，t h eS I Ca n d S I Ti nt h eC e n t r a lA r c t i c，t h eE a s tG r e e n l a n dS e a，a n dt h eC h u k c h iS e ad e c r e a s eo v e rt i m e， w i t ht h e f a s t e s t r e d u c t i o n i nt h eC e n t r a lA r c t i c，m e a n w h i l et h eT A Sc o n t i n u e st or i s e i nt h e s e t h r e er e g i o n s . A d d i t i o n a l l y，t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o na n dl o n g - t e r mt r e n db e t w e e nt h eT A Sa n d t h eS I Ca r eo p p o s i t e，i m p l y i n gt h ep o s s i b l e i m p a c to f t h eT A So nt h eS I C. T h e s e f i n d i n g sp r o -v i d ev a l u a b l e i n s i g h t s i n t ot h e f u t u r es e a i c e i nt h eA r c t i cu n d e rd i f f e r e n t f o r c i n gs c e n a r i o s .

K e y w o r d s：CM I P 6d a t a，S e a i c ec o n c e n t r a t i o n，S e a i c et h i c k n e s s，T e m p e r a t u r ea ts u r f a c e，S e a i c ev a r i a b i l i t y

0 引言

北極海冰是全球氣候系統(tǒng)中變化最為劇烈的部分，過去的幾十年間海冰變化顯示出較為明顯的減少趨勢，北極海冰覆蓋的厚度出現(xiàn)變薄的特征，且逐漸以更薄、更年輕的冰型為主導(dǎo)[ 1-5]。同時(shí)盡管存在一些負(fù)反饋系統(tǒng)在減緩海冰的減少，仍有其他機(jī)制在加速著海冰的衰減[ 1， 4]。而不斷減少的海冰已經(jīng)對北極生態(tài)系統(tǒng)和北極人類生活勞作產(chǎn)生了負(fù)面影響[ 4]，還使得經(jīng)白令海峽和楚科奇海到歐洲的北極航道的開發(fā)成為國際關(guān)注的熱點(diǎn)問題[ 6]?？梢灶A(yù)見的是，隨著海冰的進(jìn)一步減少，這些影響的范圍將隨之?dāng)U大、影響程度也將隨之加深。因此，對于海冰未來變化趨勢的預(yù)評估顯得尤為重要。

基于大氣—海冰—海洋間的復(fù)雜相互作用以及海冰內(nèi)物理過程研發(fā)的海冰模式在近半個(gè)世紀(jì)以來均取得了重大進(jìn)展，并應(yīng)用于對海冰長期變化趨勢的預(yù)報(bào)。但是近年來北極海冰發(fā)生了快速的變化，其物理特性也相應(yīng)發(fā)生了很大的改變，這些對于海冰模式的研發(fā)產(chǎn)生了重要的影響[ 7-9]。基于第六次國際耦合模式比較計(jì)劃（ CM I P 6）的多模式模擬結(jié)果，前人對不同模型對海冰的模擬結(jié)果進(jìn)行了一系列研究。北極海冰厚度方面，C h e n等對CM I P 6中3 4個(gè)模型的海冰厚度模擬結(jié)果的評估顯示， C E S M 2、M I R O C 6、T a i E S M 1對海冰厚度的模擬結(jié)果較好[ 1 0]。北極海水溫度方面，H e u zé等的分析結(jié)果顯示，MMEM、MP I - E S M 1 - 2 - L R、C E S M 2、AW I - CM - 1 - 1 MR的模擬效果較好，而在溫度的年際變率方面， B C C - C S M 2 - MR和C a n E S M 5的效果較好[ 1 1]。北冰洋淡水通量方面， Z a n o w s k i等對7個(gè)模型的模擬結(jié)果的分析表明，C a n E S M 5和M I R O C 6對平均固體淡水總量的模擬結(jié)果較好，而C N RM - CM 6和UK E S M 1 - 0 - L L對平均液體淡水總量的模擬較好[ 1 2]。

不過，不同社會發(fā)展程度和不同的輻射強(qiáng)迫背景可能對海冰變化趨勢造成不同影響。為更好地分析這種影響， CM I P 6提出了情景模式比較計(jì)劃（ S c e n a r i o M I P）。CM I P 6基于不同共享社會經(jīng)濟(jì)路徑（ S S P）可能發(fā)生的能源結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的人為排放及土地利用變化，采用6個(gè)綜合評估模型生成定量的溫室氣體排放、大氣成分和土地利用變化，即生成基于S S P的預(yù)估情景[ 1 3]。S c e n a r i o M I P則是基于這些氣候預(yù)估新情景的CM I P 6模式比較子計(jì)劃。其中S S P描述了在沒有氣候變化或者氣候政策影響下未來社會的可能發(fā)展， S S P 1、S S P 2、S S P 3、S S P 4及S S P 5分別表示可持續(xù)發(fā)展、中度發(fā)展、局部發(fā)展、不均衡發(fā)展和常規(guī)發(fā)展5種不同路徑[ 1 4]。

基于CM I P 6情景模式比較計(jì)劃，本文選取對海冰密集度（ s e ai c ec o n c e n t r a t i o n，S I C）、海冰厚度（ s e a i c et h i c k n e s s，S I T）及海面氣溫（ t e m p e r a t u r e a t s u r f a c e，T A S）模擬效果較好的6個(gè)模式的模擬結(jié)果，對不同的強(qiáng)迫情景下北極海冰在未來幾十年的變化趨勢進(jìn)行對比與分析，以期對未來的海冰變化預(yù)報(bào)提供一些參考。

1 數(shù)據(jù)資料及分析方法

1.1 研究區(qū)域概況

本文研究區(qū)域?yàn)? 5°-9 0°N，-1 8 0°-1 8 0°E，即北半球中高緯海區(qū)。為更細(xì)致地對北極各海區(qū)進(jìn)行分析，本文參考美國冰雪數(shù)據(jù)中心（ N S I D C）的區(qū)域劃分，將北極各區(qū)域劃分為北冰洋中心區(qū)（ C e n t r a lA r c t i c）、波弗特（ B e a u f o r t）、楚科奇（ C h u k -c h i）、東西伯利亞（E a s t S i b e r i a n）、拉普捷夫（ L a p t e v）、喀拉（ K a r a）、巴倫支（ B a r e n t s）、東格陵蘭（ E a s tG r e e n l a n d）、巴芬灣（ B a f f i n）共9個(gè)海區(qū)。其中楚科奇海區(qū)包含了楚科奇—北美（ C h u k c h i - NA）和楚科奇—亞洲（ C h u k c h i - A s i a）。

1.2 不同情景說明及模型選取

為更好地利用CM I P 6數(shù)據(jù)分析2 0 1 5—2 0 5 0年海冰的變化趨勢，本文選取了S c e n a r i o M I P中的核心試驗(yàn)T i e r - 1的4種情景：S S P 1 - 2. 6、S S P 2 - 4.5、S S P 3 - 7.0和S S P 5 - 8.5，這4者分別表征可持續(xù)發(fā)展路徑兼低強(qiáng)迫情景、中度發(fā)展路徑兼中等強(qiáng)迫情景、局部發(fā)展兼中等至高強(qiáng)迫情景以及常規(guī)發(fā)展兼高強(qiáng)迫情景，其中4種強(qiáng)迫情景分別表示2 1 0 0年輻射強(qiáng)迫穩(wěn)定在2. 6 W/m2、4. 5 W/m2、7. 0 W/m2和8.5W/m2。

同時(shí)，本文選取6個(gè)模式模擬結(jié)果中海冰密集度、海冰厚度和海面氣溫3個(gè)參量的數(shù)據(jù)通過集合平均進(jìn)行分析。所選取的6個(gè)模式分別為： C E S M 2、C E S M 2 - WA C CM、C a n E S M 5、G F D L -E S M 4、M I R O C 6和UK E S M 1 - 0 - L L。各自的來源國家和所用海冰模型如表1所示。

2 結(jié)果分析

2.1 四種情景下未來北極海冰空間分布及變化趨勢

2.1.1 年平均空間分布及趨勢

北極區(qū)域海冰密集度在4種情景（ S S P 1 - 2. 6、S S P 2 - 4.5、S S P 3 - 7. 0、S S P 5 - 8. 5）下呈現(xiàn)較為類似的空間分布特征（圖1）。北極大范圍海域海冰密集度均超過5 0%，隨緯度增加海冰密集度也增加，而東格陵蘭海東部和巴倫支海西部海冰密集度明顯較低，喀拉海和楚科奇海海冰密集度也相對較低，約3 0%～4 0%。隨時(shí)間增加，北極海冰密集度出現(xiàn)較明顯的降低。根據(jù)2 0 1 5—2 0 5 0年海冰密集度空間分布變化趨勢可得，整個(gè)北極區(qū)域海冰密集度均呈現(xiàn)降低趨勢，而不同強(qiáng)迫程度下海冰密集度的減少也有所不同。低強(qiáng)迫和中等至高等強(qiáng)迫情景下海冰密集度降低趨勢相對較低，中等強(qiáng)迫和高強(qiáng)迫情景下海冰密集度的降低趨勢相對較大，中等強(qiáng)迫情景下降低趨勢最大處出現(xiàn)在北冰洋中心區(qū)邊界的0-9 0°E和1 5 0°-1 8 0°W處，高強(qiáng)迫情景下這兩處海冰減少的程度進(jìn)一步加強(qiáng)，且其余海區(qū)的降低程度也均有增加，最高降低趨勢可超過每年1%。

海冰厚度的空間分布特征與海冰密集度類似，北極大部分海域海冰厚度在1. 5m左右，而東格陵蘭海和巴倫支海處的海冰厚度為北極海域中最薄，低于1m。且隨時(shí)間增加海冰厚度小于1m的海域范圍會增大。此外，喀拉海和楚科奇海區(qū)也是海冰厚度相對較小的海域， 2 0 3 0年這兩處海域只有一半?yún)^(qū)域海冰厚度低于1m，而到2 0 5 0年幾乎整個(gè)海區(qū)海冰厚度均降低到0.5m左右。加拿大群島北側(cè)（約8 0°N， 3 0°-1 2 0°W）附近海域海冰厚度為整個(gè)北極海域中最厚的，隨時(shí)間增加該處海冰厚度發(fā)生明顯的減小。特別的是， 2 0 3 0年和2 0 4 0年該海域海冰厚度在中至高等強(qiáng)迫情景下海冰厚度大于更弱的強(qiáng)迫情景對應(yīng)的海冰厚度。高強(qiáng)迫情景下2 0 5 0年東西伯利亞海（ 7 0°-8 0°N， 1 5 0°-1 8 0°E）海域的海冰厚度也高于對應(yīng)的中至高等強(qiáng)迫情景。因此，不同海區(qū)海冰厚度的空間分布對于不同強(qiáng)迫情景表現(xiàn)出的特征有所不同。對于2 0 1 5—2 0 5 0年海冰厚度的變化趨勢，圖1（ b）表明不同強(qiáng)迫情景下北極各海區(qū)的海冰厚度均呈現(xiàn)減小的特征。高強(qiáng)迫情景下減小得更多且減小的范圍也更大。其中加拿大群島北側(cè)海域在4種強(qiáng)迫情景下海冰厚度的減小程度均較大，平均每年降低超過2c m。

2.1.2 季節(jié)變化及趨勢

為分析較為極端的情況下海冰的季節(jié)特征及其長期變化趨勢，這里針對S S P 5 - 8. 5高強(qiáng)迫情景，給出了2 0 5 0年1—1 2月的海冰密集度和厚度分布，并計(jì)算了2 0 1 5—2 0 5 0年各月的變化趨勢（圖2）。

結(jié)果顯示，冬季和春季海冰密集度的空間分布較為類似，尤其1—5月變化較小（圖2 a）。注意這里按4—6月為春季、7—9月為夏季、1 0—1 2月為秋季、1—3月為冬季。北極大部分海區(qū)密集度均超過9 0%，僅東格陵蘭海和巴倫支海較低，且東格陵蘭海大部分區(qū)域幾乎全年海冰密集度接近于0%。夏季時(shí)海冰密集度全域均有減少， 9月達(dá)最小，除北冰洋中心區(qū)和加拿大群島北側(cè)外其他海區(qū)幾乎均為0%。秋季時(shí)海冰密集度又逐漸增加，于1 2月形成與冬春兩季相似的空間分布。2 0 1 5—2 0 5 0年的變化趨勢方面，全年海冰密集度均呈現(xiàn)下降趨勢（圖2 b）。其中，冬春季海冰密集度存在降低趨勢的海區(qū)主要集中在東格陵蘭海西側(cè)、巴倫支海東側(cè)、喀拉海和楚科奇海。夏秋季是海冰密集度降低的主要季節(jié)，其中8—1 1月降低最為明顯，最大減少趨勢每年可超過2%。

海冰厚度的季節(jié)變化較海冰密集度復(fù)雜（圖2 c）。冬春夏三季，除接近于0m的東格陵蘭海和巴倫支海外，其他海區(qū)海冰厚度大多超過1m，秋季時(shí)大部分海區(qū)的海冰厚度均接近或低于0. 5 m。2 0 1 5—2 0 5 0年的平均變化趨勢顯示，海冰厚度僅在1 2月至翌年5月表現(xiàn)為全域減小的特征。6—8月和1 0—1 1月，除北冰洋中心區(qū)和波弗特海外，其他海區(qū)存在小范圍的海冰厚度增加的區(qū)域。9月北冰洋中心區(qū)出現(xiàn)大范圍海冰厚度的增加，且最大趨勢達(dá)每年2c m。

2.2 不同海區(qū)海冰的時(shí)間變化

東格陵蘭海和楚科奇海是北冰洋中心區(qū)分別與大西洋和太平洋相連接的過渡區(qū)域。這兩個(gè)海區(qū)內(nèi)海冰變化與北冰洋中心區(qū)海冰變化有什么不同是值得探究的問題。本文對4種情景下這3個(gè)海區(qū)的海冰密集度和海冰厚度在更長時(shí)間尺度（ 2 0 1 5—2 1 0 0年）的變化序列進(jìn)行分析（圖3） ，以進(jìn)一步探究其不同的變化特征。

根據(jù)各要素時(shí)間序列的變化可發(fā)現(xiàn)各模式間的差異性不隨強(qiáng)迫程度的增加而變化，即各模式對不同的強(qiáng)迫情景展現(xiàn)出的時(shí)間序列間較為相近，只在變化幅度方面存在一定差異。其中海冰密集度和海冰厚度在北冰洋中心區(qū)、東格陵蘭海和楚科奇海區(qū)域的變化特征較類似，均隨時(shí)間增加而降低，而海冰密集度隨強(qiáng)迫程度的增加呈現(xiàn)出更快的減少特征，海冰厚度在4種強(qiáng)迫情景下顯示出的整體趨勢較為一致，同時(shí)也存在較弱的海冰厚度減小加快的特征。

由圖3集合平均的結(jié)果可以看出， 4種強(qiáng)迫情景下北冰洋中心區(qū)、東格陵蘭海和楚科奇海區(qū)的海冰密集度均呈現(xiàn)減小的特征，且隨強(qiáng)迫等級的增加，各海區(qū)海冰密集度的衰減速率增快。對不同海區(qū)而言，北冰洋中心區(qū)海冰密集度減少最為明顯，在2 0 1 5年為9 0%左右，到2 1 0 0年則為2 0% ～ 7 0%，尤其在S S P 3 - 7. 0和S S P 5 - 8. 5中高強(qiáng)迫情景下C a n E S M 5和UK E S M 1 - 0 - L L模式均出現(xiàn)海冰密集度近于0的情形，平均減少速率為每年0.8%。在S S P 1 - 2.6低強(qiáng)迫情景下2 0 4 0年之前隨年份增加顯著下降，之后下降速率減緩。東格陵蘭海區(qū)的海冰密集度是3個(gè)海區(qū)中最少的， 2 0 1 5年的最大值不超過3 0%，在S S P 1 - 2. 6低強(qiáng)迫情景下隨年份緩慢減少，到2 1 0 0年海冰密集度低于1 5%，僅比2 0 1 5年降低約5%，而在中高強(qiáng)迫情況下海冰密集度則降低到5%以下。楚科奇海海冰密集度在低強(qiáng)迫情景下的減少是三海區(qū)中最小的，且在2 0 5 0年之后趨于穩(wěn)定在5 0%，不過在中至高等強(qiáng)迫和高強(qiáng)迫情景下到2 1 0 0年海冰密集度降到1 0%～2 0%，有的模式甚至出現(xiàn)了降低到0%的情形。

海冰厚度方面，隨時(shí)間和強(qiáng)迫等級的增加，北冰洋中心區(qū)海冰厚度的減小最大，從2 0 1 5年的約2m減小到2 1 0 0年的0. 5～1m，減小速率達(dá)每年0.0 1m。在低強(qiáng)迫下東格陵蘭海和楚科奇海的海冰厚度均在2 0 4 0年后趨于平緩，厚度均在1m附近變化。隨強(qiáng)迫等級增加?xùn)|格陵蘭海海冰厚度減小趨勢逐漸增強(qiáng)，而楚科奇海則在S S P 3 - 7.0情景下海冰厚度較其他情景減小得更快，從2 0 1 5年到2 1 0 0年下降了1m左右， C a n E S M 5模式在2 1 0 0年甚至出現(xiàn)海冰厚度接近于0m的特征。

需要注意的是， G F D L - E S M 4模式在模擬楚科奇海的海冰密集度和東格陵蘭海的海冰厚度時(shí)出現(xiàn)與其他海區(qū)明顯不同的特征。其模擬的楚科奇海海冰密集度明顯較其他5個(gè)模式高2 0 %左右，而模擬的東格陵蘭海的海冰厚度在所有年份均較小。

2.3 海面氣溫對未來海冰變化的可能影響

為分析海面氣溫對海冰長期變化的可能影響，本文利用CM I P 6數(shù)據(jù)也對海面氣溫的未來空間分布及變化趨勢進(jìn)行了分析。

未來空間分布方面（圖4） ，在4種強(qiáng)迫情景下2 0 3 0年、2 0 4 0年和2 0 5 0年海面氣溫的空間分布較為類似。東格陵蘭海和巴倫支海海面氣溫高于同緯其他區(qū)域，由圖1可知該海域內(nèi)海冰密集度相對較小，體現(xiàn)了較高的海面氣溫的可能影響。隨時(shí)間增加， 4種強(qiáng)迫情景北極區(qū)域海面氣溫均有所上升，其中以北冰洋中心區(qū)海面氣溫的增加最為明顯。從2 0 1 5—2 0 5 0年的增加趨勢看，以S S P 5 - 8. 5高強(qiáng)迫情景下的北極海域增溫現(xiàn)象最為明顯（圖4，d， h，l，p） ，其次為S S P 2 - 4.5中等強(qiáng)迫情景，而其他兩種情景下增溫趨勢相對小一些?？紤]到2.1.1部分海冰密集度在中等強(qiáng)迫和高強(qiáng)迫情景下減少的趨勢更大，這說明從長期變化來看海冰密集度與海面氣溫之間呈相反變化，暗示了不同強(qiáng)迫影響下的海冰變化趨勢與氣溫變化趨勢可能存在密切關(guān)系。此外，從各海區(qū)看，與大西洋毗鄰的巴倫支海和東格陵蘭海域海面氣溫的增加較低，氣溫增幅較高的區(qū)域出現(xiàn)在3 0°-9 0°E的中心區(qū)以及楚科奇海區(qū)兩個(gè)海域。

分析S S P 5 - 8.5高強(qiáng)迫情景下海面氣溫的季節(jié)特征（圖5） ，可以看出冬季大部分海域均低于-1 0℃，僅東格陵蘭海和巴倫支海氣溫略高，約0～ 5℃，而加拿大群島附近氣溫較低，最低處甚至低于- 3 0℃，此外東西伯利亞海沿岸海域在2月也出現(xiàn)低溫（圖5 a）。春季北極海域海面氣溫逐漸增加，春季末期和夏季北極海溫均高于0℃，秋季時(shí)海面氣溫又逐漸降低。圖5 b給出的2 0 1 5—2 0 5 0年各月海面氣溫變化趨勢顯示整個(gè)海域均呈現(xiàn)增加趨勢。秋冬季增溫明顯，以1 1月增溫為全年中最強(qiáng)。就海區(qū)而言，氣溫較高的東格陵蘭海和巴倫支海增幅并不明顯，而其他海區(qū)尤其北冰洋中心區(qū)和太平洋扇區(qū)海域增溫較大。春夏季整個(gè)海域增溫不明顯，大部分海區(qū)增溫每年均不超過0. 2℃。對比圖2 a發(fā)現(xiàn)，夏季月份海面氣溫最高，海冰密集度最低，而冬季月份海面氣溫最低，對應(yīng)的海冰密集度也為全年中最高。

長期變化趨勢方面， 3個(gè)海區(qū)海面氣溫呈現(xiàn)增加趨勢，且隨強(qiáng)迫程度的增強(qiáng)，增溫速率也有所提高（圖6）。S S P 1 - 2.6低強(qiáng)迫情景下3個(gè)海域海面氣溫的增加幅度均較小，尤其東格陵蘭海和楚科奇海均出現(xiàn)趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，且2 1 0 0年3個(gè)海區(qū)最高氣溫均不會超過0℃。S S P 3 - 7. 0中至高等強(qiáng)迫和S S P 5 - 8.5高強(qiáng)迫情景下， 3個(gè)海區(qū)在2 1 0 0年的海面氣溫均有可能達(dá)到或高于0℃。對于各個(gè)海區(qū)而言，北冰洋中心區(qū)海面氣溫在低強(qiáng)迫情景下2 1 0 0年最高會增加到約-7℃，隨強(qiáng)迫等級增強(qiáng)海面氣溫在2 1 0 0年會超過0℃，且北冰洋中心區(qū)可能達(dá)到的最高氣溫甚至?xí)^東格陵蘭海面氣溫。楚科奇海面氣溫是3個(gè)海區(qū)中變幅最大的海區(qū)，在中至高等強(qiáng)迫和高強(qiáng)迫情景下海面氣溫甚至能超過5℃?？傮w上看，與圖3海冰密集度的時(shí)間序列相對應(yīng)，海面氣溫在2 0 1 5—2 1 0 0年呈現(xiàn)出增加的特征，與圖3中減小的海冰密集度呈現(xiàn)相反的變化趨勢。不過海冰厚度與海面氣溫間的變化特征并不類似，以楚科奇海為例在S S P 5 - 8.5情景下到2 1 0 0年海面氣溫的增溫幅度約為1 4℃，高于S S P 3 - 7. 0情景下約1 0℃的增溫，而海冰厚度在S S P 3 - 7. 0情景下減小的幅度更大，說明該情景下影響海冰厚度的主要因素可能并非氣溫，而是其他因素，具體有待進(jìn)一步分析。

3 結(jié)論與展望

本文利用C M I P 6中6個(gè)模式的數(shù)據(jù)對S S P 1 - 2 .6、S S P 2 - 4.5、S S P 3 - 7.0、S S P 5 - 8.5不同強(qiáng)迫情景下北極海區(qū)的海冰密集度、海冰厚度以及海面氣溫的空間分布和時(shí)間序列進(jìn)行了長時(shí)期變化特征的預(yù)測分析。主要得到以下結(jié)論。

（ 1）不同強(qiáng)迫情景下2 0 3 0年、2 0 4 0年和2 0 5 0年北極大部分海域海冰密集度均超過5 0%，其中東格陵蘭海和巴倫支海部分海域較低，大范圍不超過1 5%?？：统破婧：１芗认鄬^低，為 4 0%。各強(qiáng)迫情景下2 0 1 5—2 0 5 0年海冰密集度均呈現(xiàn)下降趨勢，其中低強(qiáng)迫和中至高等強(qiáng)迫情景下降速率較小，高強(qiáng)迫情景的下降速率最大，部分海區(qū)年均下降達(dá)1%以上。類似的，大部分海域海冰厚度在1.5m左右，其中海冰厚度在東格陵蘭海、巴倫支海、喀拉海和楚科奇海海域處相對較薄?？傮w上海冰厚度在2 0 1 5—2 0 5 0年也呈現(xiàn)減小的特征，但海冰厚度的空間分布對強(qiáng)迫等級的響應(yīng)有所不同。海面氣溫與海冰密集度分布特征相反，表明了氣溫對海冰密集度的可能影響。

（ 2） 2 0 5 0年高強(qiáng)迫情景下冬春季北極大部分海區(qū)海冰密集度均超過9 0%，而東格陵蘭海大部分海域?yàn)?%。夏季降低至9月達(dá)最小，隨后秋季再次增加。全年各月海冰密集度均降低，冬春季東格陵蘭海西側(cè)、巴倫支海東側(cè)、喀拉海和楚科奇海呈現(xiàn)每年約下降0. 5%的特征，夏秋季降低范圍和程度均有所增加，最大趨勢達(dá)每年降低2%。海面氣溫的季節(jié)分布與海冰密集度也呈現(xiàn)相反特征，海面氣溫較高的夏季海冰密度最低而冬季反之。海冰厚度的季節(jié)變化特征復(fù)雜，大部分海區(qū)海冰厚度在冬春夏季均超過1m，而秋季小于等于0.5m。海冰厚度變化的主要趨勢為1 2月至翌年5月全域海冰厚度減小，其余月份除北冰洋中心區(qū)和波弗特海外其余海域出現(xiàn)小范圍的海冰厚度增加的趨勢。北冰洋中心區(qū)甚至在9月出現(xiàn)較大范圍的海冰厚度增加的特征。

（ 3） 2 0 1 5—2 1 0 0年在不同強(qiáng)迫程度下海冰密集度和海冰厚度均呈現(xiàn)減小的趨勢。3個(gè)海區(qū)海冰密集度降低速率由高到低依次為：北冰洋中心區(qū)、楚科奇海、東格陵蘭海，其中北冰洋中心區(qū)平均降低速率可達(dá)0. 0 1m/a。東格陵蘭海海冰厚度隨強(qiáng)迫等級增加而減小，而楚科奇海海冰厚度在S S P 3 - 7.0情況下衰減最多。未來3個(gè)海區(qū)海面氣溫將呈現(xiàn)持續(xù)增溫的特征，其長期變化趨勢與海冰密集度呈相反特征，而與海冰厚度間關(guān)系不明顯，如楚科奇海海冰厚度在S S P 3 - 7.0情景下減小最多，而其增溫幅度卻低于S S P 5 - 8.5。

本研究的結(jié)果有利于了解北極海域在不同的強(qiáng)迫情景下海冰密集度、海冰厚度和海面氣溫的未來變化特征，但對于未來海冰變化的系統(tǒng)性認(rèn)識還有待于對更多的海冰和海洋環(huán)境要素及氣象要素進(jìn)行更全面地分析。

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