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为啥南极温度比北极低得多?关注徳雷克海峡海冰气候开关

已有 917 次阅读 2019-5-26 07:25 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流| 南极海冰气候开关, 徳雷克海峡通道, 冷暖循环, 历史记录

为啥南极温度比北极低得多?关注徳雷克海峡海冰气候开关

                      杨学祥,杨冬红(吉林大学)


       关键提示:同是地球的两极,为啥南极温度比北极低得多?并非只因南极是大陆。历史记录和理论研究表明,中始新世和早渐新世之间的总的温度下降,在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起:①德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道开始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路;②由于澳大利亚—新几内亚向北移动,吸热的赤道水面积缩小;③特提斯海关闭,不能使赤道环流通过。

       德雷克通道的打通可能形成了环极流,并隔断了对南极洲的向极热输送,因而产生了冰架和冷的底水。对第三纪早期普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭,因而限制了大西洋与太平洋之间赤道水体的交换。同理,德雷克海峡被扩展的南极冰盖封闭,导致气候上隔离的环极西风漂流带的消失,加强赤道热流向两极的输送,使扩展冰盖趋于消失,是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因。

       当南极洲的温度变冷时,存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态,阻塞环南极大陆的海流,加快南太平洋环流,并从向极方向连接南极洲热输送,从而使南极洲变暖;当南极洲的温度变暖时,存很少海冰的德雷克通道处于开放状态,打通环南极大陆海流,减慢南太平洋环流,并从向极方向隔离南极洲热输送,因而使南极洲变冷。如图1所示,非洲海冰开关I,澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流,并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送,因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此,南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生,与南太平洋环流速度减慢与增加相对应。


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同是地球的两极,为啥南极温度比北极低得多?并非只因南极是大陆

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地球最冷的地方就是南极和北极了,它们都是太阳光常年无法直射的地方,南极圈和北极圈以内的区域中每年的平均温度都在零摄氏度之下。那么如果将南极和北极相比较,哪里要更冷一些呢?

地球上已知的极端低温是在南极地区测得的,而且温度下限也常有刷新,1983年时,俄罗斯一个气象站在南极测得的最低温为零下89°C,2010年8月时,美国的南极地区测得的极端低温为93.2℃,去年的时候,加拿大和美国的一个研究小组分析了美国国家航空航天局Terra和Aqua卫星(气象卫星)监测的2004年至2016年期间在南极冬季采集的NOAA极地运行环境卫星的数据,发现南极地区的雪面温度低于零下90°C 是冬季时整个南极高原经常出现的温度,其中有近100个观测点出现过零下98°C的低温,在南极洲的东南部高原上甚至出现过零下100℃的极端低温(没有确凿的温度计记录,因此不被认为是刷新纪录)。

那么北极地区的极端低温是多少呢?气象学家们在北冰洋极点附近漂流站上测到的最低气温是-59℃。不过由于洋流和北极反气旋的影响,北极地区最冷的地方并不在中央北冰洋,而是在位于北冰洋附近的陆地上,俄罗斯气象站在西伯利亚维尔霍杨斯克曾记录到-70℃的最低温度,美国气象站在阿拉斯加的普罗斯佩克特地区也曾记录到-62℃的气温,不过已知北极地区最低温度是俄罗斯奥伊匹亚康创记录的-71℃。

很显然,北极地区的最低温度比南极要高得多,其实北极地区的平均温度要比南极地区高不少。那么问题来了,同是地球的两极,为什么北极地区的气温更高呢?归纳起来主要有以下三个原因:

1.北极地区是海洋,南极地区是陆地高原。

海洋的海拔和地球的海平面平齐,而且由于地球两极稍扁赤道略鼓的形状,北极地区的海洋的平均海拔比其他地方更低,而通过对不同高度的地形观察也能发现,越高的地方温度越低,青藏高原的平均温度要比同纬度的长江中下游平原低得多。南极地区是高原,平均海拔高达3700米,单从高度上来说,温度就会比北极低很多。

2.北冰洋每年的结冰现象会放热,南极不会

北极地区主要为北冰洋占据,每年到了夏季,北冰洋的大部分海冰会融化,到了冬季又会结成冰盖,我们都知道水在结冰的时候是会释放大量的热能的。但是南极地区的冰盖却是常年不会融化,内陆高原地区不存在每年冰化成水再结冰的现象,因此北极地区冬季的温度也要比男冬季的南极更高一些了。

3.洋流的影响

北极地区的北冰洋海水是流动的,它会受到北大西洋暖流的影响,大西洋暖流会顺着欧洲的海岸线直冲入北冰洋,带来大量较为温暖的海水,这些海水释放的热能也会增加北极地区的温度。而暖流的到来也使得北极地区的冷水流出,形成一些流向热带的寒流,这种海水的交换现象也是北极温度较高的一个原因。但是南极地区由于大都是南极大陆,就不可能存在暖流到来和海水交换现象。

如上三个原因造成了北极地区不如南极地区更冷的现象,其他还有地形和对阳光的吸收方面的一些原因,但都不如上面三个原因的作用更大。

http://www.yidianzixun.com/article/0M5xCoN8


南极冰盖形成的原因:德雷克海峡打通阻断热能向南极大陆输送

已有 2484 次阅读 2016-8-26 15:57 

南极冰盖形成的原因:德雷克海峡打通阻断热能向南极大陆输送

             杨学祥,杨冬红


   中生代时期,全球各大陆集中在一起,形成一个几乎从一个极延伸到另一个极其巨大的单一陆块,这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。在南、北两半球,一个单的环流系统作用范围至少达到纬度55度,以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180度弧的旅途中被大大加热。

   中始新世和早渐新世之间的总的温度下降,在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起:①德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道开始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路;②由于澳大利亚—新几内亚向北移动,吸热的赤道水面积缩小;③特提斯海关闭,不能使赤道环流通过[1-4]。

   Van Andel等人(1975)在分析了太平洋所有不整合之后提出,德雷克通道的打通可能形成了环极流,并隔断了对南极洲的向极热输送,因而产生了冰架和冷的底水。对第三纪早期普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭,因而限制了大西洋与太平洋之间赤道水体的交换[6]。同理,德雷克海峡被扩展的南极冰盖封闭,导致气候上隔离的环极西风漂流带的消失,加强赤道热流向两极的输送,使扩展冰盖趋于消失,是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因[2-4]。



图1. 全球气候的三个海冰启动开关示意图


Fig.1 Sketch map of three sea-ices switches for global climate


   在短周期的气候变化中,德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式是:南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻,导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快,部分受阻水流北上,加强秘鲁寒流,使东太平洋表面海水变冷,加强沃克环流及增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换,增温的南极环流使南极半岛的海水减少;南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加,导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢,使部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡,造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖,减弱沃克环流;结果使堆积在太平洋西部的暖水东流,减弱赤道太平洋热流与南极环流的热交换,降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制,称之为南极环大陆海冰的气候开关效应(图1)。

   当南极洲的温度变冷时,存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态,阻塞环南极大陆的海流,加快南太平洋环流,并从向极方向连接南极洲热输送,从而使南极洲变暖;当南极洲的温度变暖时,存很少海冰的德雷克通道处于开放状态,打通环南极大陆海流,减慢南太平洋环流,并从向极方向隔离南极洲热输送,因而使南极洲变冷。如图1所示,非洲海冰开关I,澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流,并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送,因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此,南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生,与南太平洋环流速度减慢与增加相对应[1-3,5]。


参考文献


1.Frakes, L. A., Climates throughout geologic time. Elsevier Scientific Publishing Company[M], Amsterdam—Oxford—New York, 1979. 182, 192, 200, 223, 315.

2.杨学祥。太平洋环流速度减慢的原因[J]。世界地质,2003,22(4):380-384。

3.杨学祥。厄尔尼诺事件产生的原因与验证[J]。自然杂志,2004,26(3):151-155。

4.Van Andel T H, Heath G R, Moore T C. Cenozoic history and paleooceanography of the central equatorial Pacific Ocean[J]. Geol. Soc. Am.,Mem., 1975, 143: 134

5.杨冬红,杨学祥。澳大利亚夏季大雪与南极海冰三个气候开关。地球物理学进展。2007,22(5):1680-1685。

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