一种气旋对北极海冰净影响的评估方法技术

本发明专利技术公开了一种气旋对北极海冰净影响的评估方法，步骤包括下载大气再分析数据获取气旋发生时刻的变量场和基本场；精确确定气旋的影响范围；将气旋发生时刻的变量场减去基本场，计算气旋范围内变量的扰动场；将扰动场进行迭代空间平滑，计算扰动场的非气旋分量；将气旋范围内的非气旋分量与基本场相加，计算移除气旋后的变量场；将气旋发生时刻和移除气旋后的变量场分别作为北极海冰数值模式的大气强迫场，计算两种情况下的北极海冰变化，然后计算两种海冰变化的差异，得到气旋对北极海冰的净影响。即为本发明专利技术提出的气旋对北极海冰净影响的评估方法。影响的评估方法。影响的评估方法。

【技术实现步骤摘要】
一种气旋对北极海冰净影响的评估方法


[0001]本专利技术涉及一种气旋影响北极海冰变化的评估方法，具体地说是一种度量气旋活动导致的北极海冰变化的评估方法。

技术介绍

[0002]北极作为全球气候系统的重要组成部分，是全球变化的敏感区域和关键区域。最近几十年来，尤其是进入21世纪以来，北极环境发生着快速变化。北极海冰快速减少是北极气候变化的主要特征之一。自1979年有卫星观测以来，北极海冰呈现出显著地减少趋势，并且在最近十多年里，北极海冰范围、海冰厚度和多年冰的比例都呈快速减小趋势。同时，气候变化使得中高纬度频发极端天气事件。气旋是一种常见的对北极海冰影响较大的天气尺度事件。通常，气旋不仅会引起局地强风，还会带来大量暖湿气流。海冰的变薄和减少，导致海冰对气旋的响应更加快速和剧烈。但是，气旋对北极海冰的净影响并不明确。在北极海冰快速减少、人类在北极的活动日益增多的情况下，找到一种气旋对北极海冰净影响的度量方法尤其重要，不仅可以研究不同气旋对北极海冰的影响，探索其物理机制，还可以为人类在北极的活动，比如船舶通航北极航道，提供更加准确的北极海冰预报产品。
[0003]普遍的研究气旋对北极海冰的影响主要是通过分析气旋过境前后海冰面积、海冰体积、海冰密集度、海冰厚度或海冰漂移速度的整体变化来反映气旋对海冰的影响，但是这种方法获取的定量结果包含气旋和大气背景场共同对北极海冰的影响。也就是说，现有方法不仅无法定量表示单纯的气旋对北极海冰的影响，还会导致气旋对北极海冰的影响被高估或低估，进而影响北极海冰短期预报的准确性。/>
技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，针对气旋对北极海冰的影响更加快速、影响程度更大，提供了一种气旋对北极海冰净影响的评估方法，能够定量得到不同气旋对北极海冰的影响程度，探讨其物理机制，为提高北极海冰短期预报水平提供重要支撑。
[0005]本专利技术通过确定气旋影响范围，通过移除北极气旋的方法，获取大气变量的无气旋场，再通过北极海冰数值模式，得到大气背景场引起的海冰密集度、海冰厚度和海冰漂移速度的变化。从有气旋时的北极海冰数值模式结果中减去大气背景场对海冰的影响，更加准确地获取气旋对北极海冰的影响。通过分析气旋对北极海冰的净影响，可以探索不同气旋对北极海冰影响的物理机制，提升北极海冰短期预报水平。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种气旋对北极海冰净影响的评估方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、获取气旋发生时段的北极大气再分析数据，得到气旋发生时刻的真实场；获取历史年份与气旋发生时段同期同区域的大气再分析数据，得到基本场；
[0008]步骤2、根据海平面气压和10m风场的真实场，通过构建极坐标系网格得到气旋影响范围的边界点，并映射到经纬度网格中，确定气旋影响范围；
[0009]步骤3、在气旋影响范围内，每一种大气变量的真实场与基本场做差，得到扰动场，对扰动场进行迭代空间平滑，得到所有大气变量的无气旋场；
[0010]步骤4、分别根据步骤1得到的真实场和步骤3得到的大气变量的无气旋场，得到有气旋影响的北极海冰变化情况和无气旋影响的北极海冰变化情况，对两种结果做差，得到气旋对北极海冰的净影响。
[0011]所述真实场包括海平面气压、10m风速u分量、10m风速v分量、2m气温、2m比湿、降水、地面向下长波和短波辐射8种大气变量，以及相应的经纬度坐标网格数据。
[0012]所述基本场包括对海平面气压、10m风速u分量、10m风速v分量、2m气温、2m比湿、降水、地面向下长波和短波辐射8种大气变量，以及相应的经纬度坐标网格数据，对这8种大气变量的时间维计算平均值，得到这8种大气变量的基本场。
[0013]所述步骤2具体如下：
[0014]2.1、选定气旋发生的某一时刻，根据该时刻海平面气压的真实场，获取气旋中心的经纬度坐标和气旋最外层闭合等压线的海平面气压P
e
；
[0015]2.2、以气旋中心为极点，沿气旋中心所在经线向正北方向引一条射线作为极轴，建立极坐标系网格，将选定时刻经纬度坐标下的海平面气压和10m风场重投影到所述极坐标系下，并计算极坐标系下的10m风速在极角方向的分量v
θ
(r,θ)，其中，r表示极径，θ表示极角；
[0016]2.3、在极坐标系网格内，以极点为端点，每隔设定角度确定一条射线，对每一条射线，沿极径增大的方向，根据风速和海平面气压确定该方向上气旋影响范围的边界点；
[0017]2.4、在气旋影响范围的多个边界点中，当某方向边界点的海平面气压小于P
e
，则在该方向上，由极点开始沿极径增大的方向，选定第一个满足海平面气压P＝P
e
处的网格点作为该方向修正后的边界点；
[0018]2.5、将得到的多个边界点坐标重投影到大气变量的经纬度网格中，得到边界点经纬度坐标，顺序连接多个边界点，得到选定时刻的气旋影响范围；
[0019]2.6、使用其它时刻的海平面气压真实场，重复步骤2.1至2.5，获取所有气旋发生时刻的气旋影响范围。
[0020]所述极坐标系网格在极径和极角方向的空间分辨率分别为10km和1
°
。
[0021]所述步骤2.3中根据10m风速和海平面气压确定该方向上气旋影响范围的边界点，具体如下：第一个同时满足v
θ
<阈值1、海平面气压P>阈值2和风速U<阈值3条件的点，被记为选定时刻在该方向上气旋影响范围的边界点。
[0022]所述步骤3具体如下：
[0023]3.1、针对某一选定时刻，将气旋影响范围内某一大气变量的真实场减去相应的基本场，得到该时刻气旋影响范围内该大气变量的扰动场；
[0024]3.2、计算气旋影响范围内该大气变量扰动场的空间方差σ
12
；
[0025]3.3、对气旋影响范围内的该大气变量扰动场进行空间平滑，得到新的扰动场，并计算空间平滑后气旋影响范围内的空间方差σ
22
；
[0026]3.4、计算空间平滑前与空间平滑后的空间方差变化：
[0027]Δσ2＝|σ
22
–
σ
12
|
[0028]3.5、重复步骤3.2至步骤3.4，进行迭代空间平滑，直到空间方差变化Δσ2小于设
定阈值，这时空间平滑后的该大气变量就是该时刻的非气旋分量；
[0029]3.6、将该大气变量的非气旋分量与该时刻气旋影响范围内该大气变量的基本场相加，得到该时刻移除气旋影响的该大气变量背景场；
[0030]3.7、用该时刻气旋影响范围内该大气变量的背景场替换其真实场中相同时刻、相同位置的该大气变量值，得到该时刻移除选定气旋影响后的该大气变量无气旋场；
[0031]3.8、使用其它时刻的该大气变量真实场和基本场，以及步骤2获取的相同时刻的气旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气旋对北极海冰净影响的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取气旋发生时段的北极大气再分析数据，得到气旋发生时刻的真实场；获取历史年份与气旋发生时段同期同区域的大气再分析数据，得到基本场；步骤2、根据海平面气压和10m风场的真实场，通过构建极坐标系网格得到气旋影响范围的边界点，并映射到经纬度网格中，确定气旋影响范围；步骤3、在气旋影响范围内，每一种大气变量的真实场与基本场做差，得到扰动场，对扰动场进行迭代空间平滑，得到所有大气变量的无气旋场；步骤4、分别根据步骤1得到的真实场和步骤3得到的大气变量的无气旋场，得到有气旋影响的北极海冰变化情况和无气旋影响的北极海冰变化情况，对两种结果做差，得到气旋对北极海冰的净影响。2.根据权利要求1所述的一种气旋对北极海冰净影响的评估方法，其特征在于，所述真实场包括海平面气压、10m风速u分量、10m风速v分量、2m气温、2m比湿、降水、地面向下长波和短波辐射8种大气变量，以及相应的经纬度坐标网格数据。3.根据权利要求1所述的一种气旋对北极海冰净影响的评估方法，其特征在于，所述基本场包括对海平面气压、10m风速u分量、10m风速v分量、2m气温、2m比湿、降水、地面向下长波和短波辐射8种大气变量，以及相应的经纬度坐标网格数据，对这8种大气变量的时间维计算平均值，得到这8种大气变量的基本场。4.根据权利要求1所述的一种气旋对北极海冰净影响的评估方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：2.1、选定气旋发生的某一时刻，根据该时刻海平面气压的真实场，获取气旋中心的经纬度坐标和气旋最外层闭合等压线的海平面气压P
e
；2.2、以气旋中心为极点，沿气旋中心所在经线向正北方向引一条射线作为极轴，建立极坐标系网格，将选定时刻经纬度坐标下的海平面气压和10m风场重投影到所述极坐标系下，并计算极坐标系下的10m风速在极角方向的分量v
θ
(r,θ)，其中，r表示极径，θ表示极角；2.3、在极坐标系网格内，以极点为端点，每隔设定角度确定一条射线，对每一条射线，沿极径增大的方向，根据风速和海平面气压确定该方向上气旋影响范围的边界点；2.4、在气旋影响范围的多个边界点中，当某方向边界点的海平面气压小于P
e
，则在该方向上，由极点开始沿极径增大的方向，选定第一个满足海平面气压P＝P
e
处的网格点作为该方向修正后的边界点；2.5、将得到的多个边界点坐标重投影到大气变量的经纬度网格中，得到边界点经纬度坐标，顺序连接多个边界点，得到选定时刻的气旋影响范围；2.6、使用其它时刻的海平面气压真实场，重复步骤2.1至2.5，获取所有气旋发生时刻的气旋影响范围。5.根据权利要求4所述的一种气旋对北极海冰净影响的评估方法，其特征在于，所述极坐标系网格在极径和极角方向的空间分辨率分别为10km和1
°
。6.根据权利要求4所述的一种气旋对北极海冰净影响的评估方法，其特征在于，所述步骤2.3中根据10m风速和海平面气压确定该方向上气旋影响范围的边界点，具体如下：第一个同时满足v
θ
<阈值1、海平面气压P>阈值2和风速U<阈值3条件的点，被记为选定时刻在该方向上气旋影响范围的边界点。
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【专利技术属性】
技术研发人员：田忠翔，梁曦，
申请(专利权)人：国家海洋环境预报中心，
类型：发明
国别省市：