北极海冰减退引起的北极放大机理与全球气候效应    

      北极海冰减退引起的北极放大机理与全球气候效应面对的关键科学问题主要与海-冰-气相互作用有关。在北极气温显著升高背景下，海冰内部结构发生了很大的变化，要明确海冰结构的变化，并能将其热力学特性的改变定量表达出来。北极的融池覆盖率进一步升高，与海冰相互作用导致海冰迅速破碎，需要揭示融池本身的热力学特征及其对海冰的热力学和动力学过程的影响。北极的积雪在春季全部融化，是容易被忽视的因素，但事实上积雪的作用直接影响到夏季海冰的去留，需要深入揭示积雪与海冰变化的联系。此外，海冰厚度的变化、海冰的侧向融化和海冰漂移过程都是影响海冰变化的关键因素，本项目将解决这些过程对北极海冰变化的影响。

        北极的变化以海冰变化为主要特征，海洋的作用不那么直观。然而，海洋才是北极变化获取能量的关键因素，是太阳能的转换器和储存器。而北极海洋的变化并没有搞清楚。我们面对的问题是：北极上层海洋的温盐结构如何影响对太阳辐射的吸收？海洋内部能量如何在上层海洋中均匀化？海洋的能量如何在融冰和向大气传热之间进行分配？夏季的太阳辐射能如何在海洋中储存？海洋储存的热量如何调控秋季的对流，延缓海冰的冻结？海洋的暖平流如何影响海冰的变化？中层水的热量如何通过上升运动影响海冰过程？这些海洋过程对北极海冰变化是至关重要的，需要进行深入的研究。

       对大气而言，海洋的作用无比重要，是大气变化的主要能量来源，北极气候的变化机制被称为海洋强迫。在海洋强迫下，需要解决的科学问题很多，我们认为，要解决以下4个关键问题：北极海-冰-气相互作用和耦合过程；北极海洋与大气之间反馈的机理；北极变化过程中的气旋和阻塞过程；北极云雾对北极变化的影响。这些问题抓住了北极变化的关键过程，可望形成对北极气候变化的关键认识。

       本项目全面了解了北极变化的内涵和外延，明确提出，在最终改进气候预报之前，必须深入研究北极发生的物理过程，尤其要研究北极变暖之后各种变性的物理过程和新产生的物理过程，有望探索到北极变化的物理实质。

       本项目的科学命题很大，涉及范围很广，我们不是面面俱到地研究所有问题，而是将精力集中到那些最为重要的物理过程，力争取得突破。项目提出的主要物理过程都属于国际前沿的科学问题，很多工作直接参与国际合作计划，有助于产生高水平的研究成果。

       研究基础的物理过程，只靠那些同化数据和再分析数据是不够的，需要有针对性地开展现场观测，获得北极变化过程的实测数据，才能真正反映和认识这些物理过程。本项目对北极科学考察做了全面的规划，观测手段和内容与国际计划密切衔接，有些是我国创新性和前瞻性的研究计划。

       项目组认为，北极变化对中国气候的影响是宏观的科学命题，而解决这个命题的关键是发生在北极的一系列重要物理过程。由于北极海冰发生减退，很多以前我们熟悉的物理过程发生了重大变化，很多我们不熟悉的物理过程渐次发生，正在影响着我们的气候系统。本项目的特色是，从经过精细筛选的物理过程入手，探讨导致宏观变化的微观过程及其相互联系，从而揭开北极变化影响我国气候的关键物理过程和形成机理。 北极海洋、海冰和大气的物理过程很少能在实验室中进行模拟，现场观测是必不可少的。因此，本项目将针对具体的物理过程设计一些重要的极地现场试验，实现对物理过程的了解。由于过去北极观测稀少，只能获得较低分辨率的变化信息，而本项目将通过强化观测，了解那些认识模糊的关键过程。以往获得的主要是夏季船测数据，而本项目将采用更多的先进浮标进行观测，取得覆盖四季的观测数据，了解北极的真实物理过程。

       项目的总体思路将研究的重心放在了解和认识北极的物理过程，在此基础上，研究北极变化对我国气候的影响。 本项目所涉及的关键物理过程和相互联系如图1所示，通过充分研究这些物理过程，实现对北极变化和主要反馈过程的全面认识。