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1978~2014南极海冰边缘线长度时间序列变化

程子桉 庞小平 赵羲 季青

程子桉, 庞小平, 赵羲, 季青. 1978~2014南极海冰边缘线长度时间序列变化[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2016, 41(11): 1463-1468. doi: 10.13203/j.whugis20150263
引用本文: 程子桉, 庞小平, 赵羲, 季青. 1978~2014南极海冰边缘线长度时间序列变化[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2016, 41(11): 1463-1468. doi: 10.13203/j.whugis20150263
CHENG Zian, PANG Xiaoping, ZHAO Xi, JI Qing. Analysis of Edge Length of Antarctic Sea Ice Time Series During 1978-2014[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2016, 41(11): 1463-1468. doi: 10.13203/j.whugis20150263
Citation: CHENG Zian, PANG Xiaoping, ZHAO Xi, JI Qing. Analysis of Edge Length of Antarctic Sea Ice Time Series During 1978-2014[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2016, 41(11): 1463-1468. doi: 10.13203/j.whugis20150263

1978~2014南极海冰边缘线长度时间序列变化

doi: 10.13203/j.whugis20150263
基金项目: 

国家自然科学基金 41576188

国家自然科学基金 41301463

南北极环境综合考察及资源潜力评估专项基金 CHINARE2014-04-07

高等学校博士学科点专项科研新教师类基金 20130141120009

详细信息
    作者简介:

    程子桉, 博士生, 主要从事数字制图与海冰遥感方面的研究。ziancheng@foxmail.com

    通讯作者: 赵羲, 博士, 讲师。xi.zhao@whu.edu.cn
  • 中图分类号: P217;P231.5

Analysis of Edge Length of Antarctic Sea Ice Time Series During 1978-2014

Funds: 

The National Natural Science Foundation of China 41576188

The National Natural Science Foundation of China 41301463

the Polar Environment Comprehensive Investigation and Assessment Programmes of China CHINARE2014-04-07

the Specialize Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China 20130141120009

More Information
    Author Bio:

    CHENG Zi'an, PhD candidate, specializes in cartography and sea ice remote sensing. E-mail: ziancheng@foxmail.com

    Corresponding author: ZHAO Xi, PhD, lecturer. E-mail: xi.zhao@whu.edu.cn
  • 摘要: 基于SMMR和SSM/I海冰索引数据集,建立并分析了1978-11至2014-12月36 a的南极海冰边缘线长度时间序列。南极冰缘线长度增长速度为19.54±16.31 km/a(p < 0.05)。每年海冰范围从3月开始增长,9月达到峰值然后下降;冰缘线长度也呈现稳定的周期性变化,在3~8月缓慢增长,继而略微下降,11月开始迅速增长,12月到达峰值后迅速下降。通常冰缘线长度最大值出现在12月,最小值在3月。冰缘线长度的变化与海冰范围和海冰形状FRAC指数相关,在3月、11月、12月,冰缘线长度的变化趋势与海冰形状FRAC指数一致,与海冰范围相反。在其他月份冰缘线长度的变化趋势则与海冰范围相同,与海冰形状FRAC指数相反。在5个地理分区中,印度洋区、罗斯海区冰缘线长度呈正增长趋势,别林斯高晋海区呈明显负增长趋势,西太平洋区、威德尔海区变化趋势不明显。5个地理分区的冰缘线长度都只在个别月份呈现明显的趋势变化,大部分时间没有明显趋势。
  • 图  1  1978-2014冰缘线长度、海冰范围变化

    Figure  1.  Variation of Ice Edge Length and Ice Extent from 1978 to 2014c

    图  2  年均冰缘线长度、海冰范围变化

    Figure  2.  Variation of Annual Average Ice Edge Length and Ice Extent

    图  3  月平均冰缘线长度、海冰范围变化、D指数变化

    Figure  3.  Variation of Monthly Average Ice Edge Length and Ice Extent and D Index

    图  4  1978~2014每年冰缘线长度变化

    Figure  4.  Variation of Ice Edge Length Every Year from 1978 to 2014

    图  5  分区示意图

    Figure  5.  Location Map of 5 Sectors

    图  6  不同区域1978~2014年冰缘线长度、海冰范围每月趋势

    Figure  6.  Monthly Sea Ice Edge Length and Sea Ice Extent Trends in Different Regions, 1978-2014

    表  1  冰缘线长度、海冰范围每月标准差以及两者回归分析的相关系数

    Table  1.   Standard Deviation of Ice Edge Length and Ice Extent Every Month, and R Value of Their Regression

    月份 冰缘线长度标准差/104km 海冰范围标准差/107km2 长度与范围的相关系数
    9 0.095 0.044 0.251
    10 0.084 0.040 0.117
    11 0.144 0.035 0.159
    12 0.384 0.071 0.262
    1 0.274 0.066 0.469*
    2 0.287 0.040 0.556*
    3 0.157 0.054 0.289
    4 0.086 0.064 0.037
    5 0.086 0.059 0.337*
    6 0.098 0.051 0.337*
    7 0.087 0.037 0.244
    8 0.093 0.035 0.095
    注:标*表示相关系数达到0.05显著性水平。
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  • [1] Lüpkes C, Birnbaum G. SurfaceDrag in the Arctic Marginal Sea Ice Zone:A Comparison of Different Parameterization Concepts[J]. Boundary-Layer Meteorol, 2005, 117:179-211 doi:  10.1007/s10546-005-1445-8
    [2] Josberger E G. Sea Ice Melting in the Marginal Ice Zone[J]. Journal of Geophysical Research, 1983, 88(C5):2841-2844 doi:  10.1029/JC088iC05p02841
    [3] 张树刚.夏季北冰洋海冰融化过程中能量分配的研究[D].青岛:中国海洋大学, 2009 http://www.oalib.com/references/18904872

    Zhang Shugang. Study on the Distribution of Solar Energy in Marginal Ice Zone During Ice Melting Season[D]. Qingdao:Ocean University of China, 2009 http://www.oalib.com/references/18904872
    [4] Sullivan C W, McClain C R, Comiso J C, et al. Phytoplankton Standing Crops Within an Antarctic Ice Edge Assessed by Satellite Remote Sensing[J]. Journal of Geophysical Research, 1988, 93(C10):12487-12498 doi:  10.1029/JC093iC10p12487
    [5] Parkinson C L, Cavalieri D J. Antarctic Sea Ice Variability and Trends, 1979-2010[J]. The Cryosphere, 2012, 6(4):871-880 doi:  10.5194/tc-6-871-2012
    [6] Cavalieri D J, Parkinson C L. Arctic Sea Ice Variability and Trends, 1979-2010[J]. The Cryosphere, 2012, 6(4):881-889 doi:  10.5194/tc-6-881-2012
    [7] Xia Wentao, Xie Hongjie, Ke Changqing. Assessing Trend and Variation of Arctic Sea Ice Extent During 1979-2012 from a Latitude Perspective of Ice Edge[J]. Polar Research, 2014, 33(17):4913-4924 https://doaj.org/article/bebc2b91994741f8b0045f068a7788b5
    [8] 柯长青, 彭海涛, 孙波, 等. 2002年~2011年北极海冰时空变化分析[J].遥感学报, 2012, 17(2):452-466 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YGXB201302017.htm

    Ke Changqing, Peng Haitao, Sun Bo, et al. Spatio-Temporal Variability of Arctic Sea Ice from 2002 to 2011[J]. Journal of Remote Sensing, 2012, 17(2):452-466 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YGXB201302017.htm
    [9] Cavalieri D J, Parkinson C L. Antarctic Sea Ice Variability and Trends, 1979-2006[J]. Journal of Geophysical Research, 2008, 113(C7), doi: 10.1029/2007JC004564
    [10] Parkinson C L, Cavalieri D J. Arctic Sea Ice Variability and Trends, 1979-2006[J]. Journal of Geophysical Research, 2008, 113(C7), doi: 10.1029/2007JC004558
    [11] Zhao Xi, Su Haoyue, Stein A, et al. Comparison Between AMSR-E ASI Sea Ice Concentration Product, MODIS and Pseudo-Ship Observations of the Antarctic Sea-Ice Edge[J]. Annals of Glaciology, 2015, 56(69):45-52 doi:  10.3189/2015AoG69A588
    [12] Zwally H J, Comiso J C, Parkinson C L, et al. Variability of Antarctic Sea Ice 1979-1998[J]. Journal of Geophysical Research, 2002, 107(C5):1-19 http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20010100393
  • [1] 吴浩, 卢楠, 邹进贵, 郭世泰.  GNSS变形监测时间序列的改进型3σ粗差探测方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(9): 1282-1288. doi: 10.13203/j.whugis20170338
    [2] 王建民, 张锦.  基于高斯过程回归的变形智能预测模型及应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(2): 248-254. doi: 10.13203/j.whugis20160075
    [3] 刘子维, 张晓彤, 张锐, 江颖, 韦进, 张坤.  连续重力观测异常模式的多分辨率识别算法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(6): 840-846, 942. doi: 10.13203/j.whugis20160173
    [4] 刘晓龙, 张永红, 宋伟东.  时序PSInSAR研究建筑物高度信息提取 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2017, 42(4): 482-487,524. doi: 10.13203/j.whugis20140239
    [5] 李继园, 甘斌, 孟令奎, 张文, 段红伟.  云环境下时序遥感影像的快速缓存切片方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(2): 243-248+273.
    [6] 邓敏, 陈倜, 杨文涛.  融合空间尺度特征的时空序列预测建模方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(12): 1625-1632. doi: 10.13203/j.whugis20130842
    [7] 张辛, 周春霞, 鄂栋臣, 安家春.  MODIS多波段数据对南极海冰变化的监测研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(10): 1194-1198.
    [8] 魏二虎, 李智强, 龚光裕, 张帅.  极移时间序列模型的拟合与预测 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(12): 1420-1424.
    [9] 裴媛媛, 廖明生, 王寒梅.  时间序列SAR影像监测堤坝形变研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(3): 266-269.
    [10] 张燕, 吴云, 段维波, 吕品姬.  GPS长趋势变化与大地震的关系 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(6): 675-678.
    [11] 罗三明, 杨国华, 李陶, 袁油新.  PSInSAR方法探测意大利拉奎拉地震形变过程分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(5): 602-605.
    [12] 归庆明, 李涛, 衡广辉.  时间序列异常值探测的Bayes方法及其在电离层VTEC数据处理中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(7): 802-806.
    [13] 何敏, 何秀凤.  利用时间序列干涉图叠加法监测江苏盐城地区地面沉降 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(12): 1461-1465.
    [14] 张鹏, 蒋志浩, 秘金钟, 党亚民.  我国GPS跟踪站数据处理与时间序列特征分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2007, 32(3): 251-254.
    [15] 刘飞, 王新洲, 张鹏林, 余旭.  基于Lebesgue积分理论的时间序列信号中的背景重建 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2006, 31(5): 462-465.
    [16] 杜国明, 龚健雅, 朱家松.  时间序列中反向查询算法的研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2004, 29(1): 52-54,62.
    [17] 乔学军, 王琪, 吴云, 杜瑞林.  中国大陆GPS基准站的时间序列特征 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2003, 28(4): 413-416.
    [18] 程建权, 黄经南.  一种基于时序数据的动态聚类分析方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1998, 23(3): 194-198.
    [19] 张兴飞.  跨断层形变测量动态数据模型的研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1992, 17(2): 79-85.
    [20] 徐培亮.  应用时间序列方法作大坝变形预报 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1988, 13(3): 23-31.
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图(6) / 表(1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-04
  • 刊出日期:  2016-11-05

1978~2014南极海冰边缘线长度时间序列变化

doi: 10.13203/j.whugis20150263
    基金项目:

    国家自然科学基金 41576188

    国家自然科学基金 41301463

    南北极环境综合考察及资源潜力评估专项基金 CHINARE2014-04-07

    高等学校博士学科点专项科研新教师类基金 20130141120009

    作者简介:

    程子桉, 博士生, 主要从事数字制图与海冰遥感方面的研究。ziancheng@foxmail.com

    通讯作者: 赵羲, 博士, 讲师。xi.zhao@whu.edu.cn
  • 中图分类号: P217;P231.5

摘要: 基于SMMR和SSM/I海冰索引数据集,建立并分析了1978-11至2014-12月36 a的南极海冰边缘线长度时间序列。南极冰缘线长度增长速度为19.54±16.31 km/a(p < 0.05)。每年海冰范围从3月开始增长,9月达到峰值然后下降;冰缘线长度也呈现稳定的周期性变化,在3~8月缓慢增长,继而略微下降,11月开始迅速增长,12月到达峰值后迅速下降。通常冰缘线长度最大值出现在12月,最小值在3月。冰缘线长度的变化与海冰范围和海冰形状FRAC指数相关,在3月、11月、12月,冰缘线长度的变化趋势与海冰形状FRAC指数一致,与海冰范围相反。在其他月份冰缘线长度的变化趋势则与海冰范围相同,与海冰形状FRAC指数相反。在5个地理分区中,印度洋区、罗斯海区冰缘线长度呈正增长趋势,别林斯高晋海区呈明显负增长趋势,西太平洋区、威德尔海区变化趋势不明显。5个地理分区的冰缘线长度都只在个别月份呈现明显的趋势变化,大部分时间没有明显趋势。

English Abstract

程子桉, 庞小平, 赵羲, 季青. 1978~2014南极海冰边缘线长度时间序列变化[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2016, 41(11): 1463-1468. doi: 10.13203/j.whugis20150263
引用本文: 程子桉, 庞小平, 赵羲, 季青. 1978~2014南极海冰边缘线长度时间序列变化[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2016, 41(11): 1463-1468. doi: 10.13203/j.whugis20150263
CHENG Zian, PANG Xiaoping, ZHAO Xi, JI Qing. Analysis of Edge Length of Antarctic Sea Ice Time Series During 1978-2014[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2016, 41(11): 1463-1468. doi: 10.13203/j.whugis20150263
Citation: CHENG Zian, PANG Xiaoping, ZHAO Xi, JI Qing. Analysis of Edge Length of Antarctic Sea Ice Time Series During 1978-2014[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2016, 41(11): 1463-1468. doi: 10.13203/j.whugis20150263
  • 海冰边缘对海冰质量平衡、中小尺度大气模式和海冰监测等一系列问题的研究都非常重要。海冰边缘区是海冰-海洋-大气相互作用的关键区域[1, 2]。由于冰和海洋的相互作用,而使太阳短波辐射能不仅仅用来加热海洋和向大气释放热量, 而且还有一部分太阳辐射能用于海冰的侧面融化和底面融化。在海冰边缘,冰下海洋的温度和盐度也有着独特的结构[3]。极地低压也常常形成于与浮冰边缘有关的气压不稳定。同时,海冰边缘是浮游植物增长的关键地区,冰缘线沿岸的海水上升流会引发浮游生物的大量繁殖,而浮游生物作为极地海洋生态体系的基础至关重要[4]

    微波辐射能穿透云雾、降水,不受极夜影响, 因而被动微波辐射计具有全天候、全天时的工作能力,几乎每天覆盖极地地区。Nimbus-7平台上搭载的Scanning Multi-channel Microwave Radiometer(SMMR)自1978-10-26开始传回数据,直至1987-07-08。Defense Meteorological Satellite Program (DMSP)卫星群上搭载的一系列Special Sensor Microwave Imager (SSM/I)和Special Sensor Microwave Imager/Sounder (SSMIS)从1987-07-09工作至今。近40年的时间覆盖使被动微波影像成为长时间、大尺度研究极地海冰分布变化的首选数据。

    Parkinson等基于SMMR、SSM/I和SSMIS数据发现南极海冰自20世纪70年代末一直呈增长趋势,并计算出1979~2010年间南极海冰范围以17 100±2 300 km2/a的速度增长[5];相对地,1979~2010年间北极海冰范围以-5 1500±4 100 km2/a的速度下降[6]。Xia等从纬度角度分析了1979~2012年北极海冰变化趋势,发现在夏季,除了北极群岛、格陵兰岛和斯瓦尔巴群岛,大部分区域的海冰范围在34年间以每年0.056 2°~0.089 8°的速度下降[7]。现有对南极地区海冰的物理性状时间序列的研究主要集中于范围(extent)和面积(area)上[5-10],而对海冰边缘线长度的研究较少。

    本文将海冰边缘线理解为海冰区与开阔海域的交界线[11]。本文的研究对象南极海冰边缘线长度,是指南极地区海冰区和开阔海域的交界线长度。研究使用1978-11至2014-12共36 a基于SMMR和SSM/I的南极地区海冰索引(sea ice index)数据集,建立南极海冰边缘线长度时间序列,并结合海冰范围和海冰形状FRAC指数(fractal dimension,以下简称D指数)进行分析。本文揭示了南极冰缘线长度的年际变化、季节变化和区域性特征,并挖掘了冰缘线长度和海冰范围、D指数之间可能存在的联系。

    • 美国国家冰雪数据中心(NSIDC)提供的海冰索引数据集,是基于SMMR和SSM/I-SSMIS数据经NASA Team算法得到的1978年11月至今的极地海冰数据,包括海冰范围矢量数据、表格数据和海冰密集度的影像。本文使用其中的每月南极海冰范围矢量数据和表格数据,覆盖了南半球39.23° S纬度以南地区,空间分辨率25 km。通过计算海冰和开阔海域的交界线长度、海冰多边形的面积,得到每月海冰边缘线平均长度和每月海冰范围,建立1978年11月至2014年12月共36 a的冰缘线长度时间序列、海冰范围时间序列。冰缘线长度除了和海冰范围有关,和海冰的空间分布也有关。引入反映多边形形状复杂程度的D指数对海冰形状复杂程度进行定量分析。D指数是用2乘以全南极地区海冰形状总周长的对数,以0.25为校正常数,再除以海冰总面积的对数计算得到的。由于计算使用的矢量数据是基于栅格数据得到的,最小单元为正方形,因此,校正常数为0.25。理论上,1≤D≤2,D指数越大,表明多边形形状越复杂。当多边形为正方形时,D指数为最小值1。D指数计算公式如下:

      式中,pi代表多边形的周长;ai代表多边形面积。

      建立冰缘线长度时间序列后,可以进一步得到年均冰缘线长度、月平均冰缘线长度。同理,由海冰范围时间序列和D指数时间序列可以得到年均海冰范围、月平均海冰范围、月平均D指数。联合以上数据,对冰缘线长度进行年际变化分析和季节变化分析。

    • 由1978~2014年间的月平均冰缘线长度变化曲线图(图 1)可以看出,每年冰缘线长度变化表现出稳定的周期性。各年份冰缘线长度的最小值相差不大,在1.4~2.2×104km之间波动,出现在每年夏季末期。最大值的变化较大,在3.2~4.5×104km之间波动,大部分出现在每年夏季初期。由年均冰缘线长度和年均范围变化曲线(图 2)可以看出,1981~1990年均冰缘线长度呈现低谷,其中1987和1988年有缺失数据。1991~2005出现偏高值较多,2006年以后回落,稳定在2.7~2.8×104km之间。图 2的回归分析表明冰缘线长度总体呈略微上升的趋势,与海冰范围变化总体趋势一致,但两者之间的相关性不具有统计显著性。由月平均数据去趋势后得到的月偏差计算,冰缘线长度增长速度为19.54±16.31 km/a(p < 0.05)。而海冰范围以每年22 245±4 304 km2/a(p < 0.05)的更快速度显著增长。

      图  1  1978-2014冰缘线长度、海冰范围变化

      Figure 1.  Variation of Ice Edge Length and Ice Extent from 1978 to 2014c

      图  2  年均冰缘线长度、海冰范围变化

      Figure 2.  Variation of Annual Average Ice Edge Length and Ice Extent

    • 从月平均数据中可以看到,海冰范围从每年3月开始增长,9月达到最大值然后下降(图 3)。而冰缘线长度在3~8月缓慢增长,继而略微下降,11月开始迅速增长,12月到达峰值后迅速下降。在海冰范围下降的中期11月、12月,冰缘线长度有一个迅速增长的时期,两者变化趋势相反。这可能是由于11月、12月海冰融化导致冰缘线的形状不规则,长度急剧上升。另外,在3月海冰范围上升初期,冰缘线长度反而呈现下降趋势,是由于结冰过程中海冰形状的复杂程度降低。在其他月份,冰缘线长度和海冰范围的变化趋势相同。

      图  3  月平均冰缘线长度、海冰范围变化、D指数变化

      Figure 3.  Variation of Monthly Average Ice Edge Length and Ice Extent and D Index

      根据海冰范围的变化规律,2~9月称为南极地区的海冰范围扩张期,9月至次年2月称为海冰范围退缩期。由图 3中的月均海冰范围曲线可以看到,在海冰范围扩张期,海冰范围稳定上升,速度先慢后快再慢。在图 4中可以看到,各个年份的冰缘线长度在海冰范围扩张初期的变化趋势不同,在有的年份冰缘线长度在2、3月下降,达到一年中的最小值,接着缓慢上升,另一些年份则从2月~9月一直呈上升趋势。在所有获取了完整数据的年份里,冰缘线长度最小值出现在3月27次、2月6次。范围的最小值每年都出现在2月。

      图  4  1978~2014每年冰缘线长度变化

      Figure 4.  Variation of Ice Edge Length Every Year from 1978 to 2014

      在海冰范围退缩期,海冰范围稳定下降,速度先慢后快再慢。而冰缘线长度在9月略微下降,在12月迅速增长达到最大值,然后迅速下降,最大值在不同年份差别很大,从30 000 km~45 000 km不等(图 4)。在次年1月至次年2月,冰缘线长度迅速下降。冰缘线长度最大值出现在12月30次、1月2次、8月1次。范围的最大值每年都出现在9月。

      图 4可见,每一年冰缘线长度变化的趋势基本一致,会出现个别离群值。在十二月、一月、二月,即冰缘线长度迅速上升和迅速下降的阶段,不同年份冰缘线长度差异较大,标准差达到一年中的最大值。在其他月份,即缓慢增长和略微下降的阶段,标准差相对稳定。

      表 1中对每个月冰缘线长度和海冰范围做相关性分析,其中一月、二月、五月、六月相关系数达到0.05显著性水平,其他月份相关性较低。这是由于一月、二月是冰缘线长度和海冰范围都稳定下降的阶段,而五月、六月是两者都稳定上升的阶段。除这4个月外,其他大多数月份相关性较低,这与前文中月均数据、年均数据计算36 a期间冰缘线长度、海冰范围相关性较低一致。

      表 1  冰缘线长度、海冰范围每月标准差以及两者回归分析的相关系数

      Table 1.  Standard Deviation of Ice Edge Length and Ice Extent Every Month, and R Value of Their Regression

      月份 冰缘线长度标准差/104km 海冰范围标准差/107km2 长度与范围的相关系数
      9 0.095 0.044 0.251
      10 0.084 0.040 0.117
      11 0.144 0.035 0.159
      12 0.384 0.071 0.262
      1 0.274 0.066 0.469*
      2 0.287 0.040 0.556*
      3 0.157 0.054 0.289
      4 0.086 0.064 0.037
      5 0.086 0.059 0.337*
      6 0.098 0.051 0.337*
      7 0.087 0.037 0.244
      8 0.093 0.035 0.095
      注:标*表示相关系数达到0.05显著性水平。
    • 利用1978-11~2014-12每年每月的海冰范围、海冰范围多边形周长数据,计算出D指数,再求出每月的平均值,得到图 3D指数的月平均变化。

      对比图 3中月平均冰缘线长度、海冰范围变化可知,D指数和海冰范围的变化趋势相反。在海冰范围退缩期(9月~次年2月),D指数持续增大,最大值出现在2月。说明随着海冰的消融,越来越多的大陆边缘露出,海冰形状越来越复杂,2月达到峰值。在海冰范围扩张期(2月~9月),D指数持续减小,速度先快后慢,9月达最小值。说明随着海冰冻结,其形状复杂度越来越低,形状越来越完整。

      冰缘线长度在大部分时间与海冰范围保持相同的变化趋势,但11~12月会出现迅速大幅度增加的情况。12月是D指数增加最快的月份之一。3月海冰范围刚刚开始缓慢上升期间,冰缘线长度反而小幅下降,是因为海冰的增长使其形状复杂程度降低,冰缘线长度减小。因此,冰缘线长度是和海冰范围、D指数两者的变化相关的,在3月、11月、12月与D指数的趋势一致,其他月份与海冰范围变化保持一致。

    • 参考前人对海冰范围和面积研究[5, 12],本文将全南极海冰分为印度洋区(20~90°E)、别林斯高晋海区(120~60°W)、罗斯海区(160°E~130°W)、西太平洋区(90~160°E)、威德尔海区(60°W~20°E)5个区域(图 5)。图 6显示了全南极和5个区冰缘线长度、海冰范围的年变化率及每月趋势。

      图  5  分区示意图

      Figure 5.  Location Map of 5 Sectors

      图  6  不同区域1978~2014年冰缘线长度、海冰范围每月趋势

      Figure 6.  Monthly Sea Ice Edge Length and Sea Ice Extent Trends in Different Regions, 1978-2014

      全南极海冰范围以22 245±4 304 km2/a(p < 0.05)的速度增长。5个区除别林斯高晋海区海冰范围整体趋势为负,其他4个区趋势均为正,其中罗斯海区增长趋势最快,达到12 074±2 615.9 km2/a(p < 0.05)。全南极冰缘线长度以19.54±16.31 km/a(p < 0.05)的速度增长,5个区中印度洋区、罗斯海区冰缘线长度呈明显正增长趋势,别林斯高晋海区呈明显负增长趋势。西太平洋区、威德尔海区变化趋势不明显,回归分析的显著性水平sig>0.05,说明冰缘线长度的年际变化波动很大,没有呈现明显的趋势。

      全南极海冰范围几乎全年呈现上升趋势,印度洋区的春秋季、罗斯海区春秋冬季、西太平洋区秋季和威德尔海区夏秋季的海冰范围呈上升趋势,而别林斯高晋海区在夏秋呈下降趋势。

      全南极及5个区的冰缘线长度只在个别月份呈现明显的趋势变化,大部分时间没有明显趋势。全南极、印度洋区、罗斯海区、西太平洋区、威德尔海区的冰缘线长度在夏季的个别月份出现了大幅增加的趋势。全南极、别林斯高晋海区、罗斯海区在秋季出现下降趋势。另外,威德尔海区在8、9、11月呈现下降趋势。

    • 1) 近36 a冰缘线长度呈略微增长趋势,增长速度为19.54±16.31 km/a(p < 0.05)。

      2) 冰缘线长度随海冰范围的消长呈现稳定的周期变化,3~8月缓慢增长,继而略微下降,11月开始迅速增长,12月到达峰值后迅速下降。冰缘线长度最大值通常出现在12月,最小值通常出现在3月。

      3) 在十二月、一月海冰范围快速变化的两个月,不同年份冰缘线长度差异较大。

      4) 冰缘线长度的变化趋势和海冰范围、D指数的变化趋势相关。在3、11、12月冰缘线长度变化趋势与D指数趋势一致,和海冰范围相反。其他月份的则与海冰范围的趋势一致,与D指数相反。

      5) 在5个地理分区中,印度洋区、罗斯海区冰缘线长度呈正增长趋势,别林斯高晋海区呈明显负增长趋势,西太平洋区、威德尔海区变化趋势不明显。5个区的冰缘线长度只在个别月份呈现明显的趋势变化,大部分时间没有明显趋势。

参考文献 (12)

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