北极水汽输送的时空分布特征研究

温世强 常亮,2,3

(1上海海洋大学, 海洋科学学院, 上海 201306;2自然资源部第二海洋研究所, 卫星海洋动力学国家重点实验室, 浙江 杭州 310012;3中国极地研究中心, 自然资源部极地科学重点实验室, 上海 200136)

0 引言

过去的半个世纪, 北极是全球地表气温增暖最剧烈的地区, 增温幅度高达1.2 ℃ · (10 a)-1, 平均增温幅度是全球的2倍以上, 在冬季尤为显著达到4倍以上, 这种现象被称为“北极放大”[1-4]。2015年12月至2016年2月期间, 北极地表气温创造了有观测记录以来的最暖记录, 比2011—2012年冬季高出0.7℃, 随后在2016—2017年和2017—2018年冬季又连续打破最暖记录[5]。北极的快速升温不但引起了本区域的海冰、冰盖和冻土等的快速消融, 同时还通过改变大气环流特征而影响北半球中低纬度的天气和气候[6-8]。研究发现北半球大气的向极能量传输能够将大量暖湿气流输送到北极地区, 使得北极大气中水汽集聚、云量增加, 促使大气的下行长波辐射增强, 进而影响地表辐射收支, 导致地表升温[9-12]。

水汽输送是北半球大气向极能量传输的重要方式, 主要由湿度梯度驱动, 并受大尺度环流的影响, 包括平均经向环流、准静止涡旋和瞬态涡旋三种基本输送形式[13]。北极水汽输送深刻影响了局地淡水循环、能量循环以及海洋冰冻过程。从热力学角度而言, 水汽作为最显著的温室气体,通过直接影响辐射和间接影响云的形成[14], 加强了云-反照率-地表气温之间的反馈过程[15], 增强了北极放大效应, 导致北极升温和海冰减少[16]。从动力学角度而言, 水汽输送会破坏冬季北极地区稳定的“逆温”结构, 加快大气活动, 影响海冰漂流的过程[17]。基于大气红外探测仪(Atmospheric Infrared Sounder, AIRS)、先进微波探测器(Advanced Microwave Sounding Unit-A,AMSU-A)遥感数据和ERA-Interim再分析资料,Boisvert等人[18]发现北极地区水汽输送具有巨大的年际变化, 2003年、2004年和2010年均是水汽输送的较小值年, 而2005年、2007年和2008年则是较大值年。Naakka等人[19]使用ERA-Interim再分析资料, 发现北极地区绝大多数向北水汽输送被向南输送抵消, 且在不同高度水汽输送的方向不同。Dufour等人[20]认为再分析资料会过高估算水汽输送, 在1979—2013年水汽输送呈现下降趋势, 这与他人的研究结论相悖[9,21-22], 此外还发现北大西洋、北太平洋和拉布拉多海是中纬度地区水汽进入北极的主要通道[20]。Gimeno等人[21]使用拉格朗日方法对ERA-Interim再分析资料估算的北极水汽输送进行后向轨迹分析后认为, 水汽输送的源头位于北大西洋、北太平洋和地中海。Johansson等人[17]使用AIRS和中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)遥感数据发现水汽输送不仅造成北极地表温度的升高, 同时破坏了近地表大气的稳定性。Liu等人[23]根据ERA-Interim再分析资料和MODIS云产品发现, 水汽入侵会导致北极地区出现更多的云, 以及更高的云水路径。王岑等人[24]使用NCEP/NCAR再分析资料发现2015年12月29日北极地区增加的向北水汽输送通过云辐射强迫和非绝热作用共同导致了当地的爆发性增温。Boisvert和Stroeve[25]使用AIRS遥感数据分析发现, 5月之前的水汽输送使得北冰洋海冰提前融化, 而5月之后的水汽输送促使云层变厚, 进而导致低层大气温度和辐射正异常, 推迟了北极海冰的冻结时间。

已有的相关研究针对北极水汽输送的气候特征、来源和异常变化, 以及其对局地气候的影响等开展了一系列的分析, 但是在北极水汽输送通道的分布和增长趋势等方面还存在一些分歧。为了进一步认识全球变暖背景下北极地区水汽输送的时空变化特征, 本文基于ERA5、JRA-55和MERRA-2三种再分析资料探讨了北极水汽输送的时空分布、变化趋势等方面的特征, 并分析比较了三者间的差异性。本文在1.1节和1.2节介绍所使用的数据和处理方法。为了评价不同再分析资料进行水汽输送估计的精度, 在1.3节将再分析资料与第二代高质量全球无线电探空数据集(Integrated Global Radiosonde Archive 2,IGRA2)估计的水汽通量进行了对比验证。在第2节基于1980—2018年的再分析资料对沿70°N的水汽通量的水平分布、垂直分布和月平均分布进行了对比研究, 并系统分析了北极地区整层水汽通量在不同季节的变化特征和线性趋势;同时还探讨了沿70°N水汽入侵的时间变化和水平分布特征。最后在第3节归纳了本文的主要结论。

1 数据和方法

1.1 再分析资料

再分析资料的时空分辨率高, 可以用于在整个北极地区开展长时间尺度的水汽输送变化研究。本文主要引入了ERA5、JRA-55和MERRA-2三种再分析资料进行北极水汽输送的时空分布特征研究。欧洲中期数值天气预报中心(ECMWF)的第五代再分析资料产品ERA5重新处理了ECMWF卫星气候数据集, 并运用了RTTOV11辐射传输模式, 使得数据具有更高的时间分辨率。另外, ERA5同化了更多的观测数据和卫星数据,能更为准确地估计大气状况[26]。JRA-55是日本气象厅(Japan Meteorological Agency, JMA)在2013年发布的再分析资料, 与上一代再分析资料JRA-25相比, JRA-55采用了更先进的四维同化变分方案, 并对卫星观测数据进行了修正[27]。MERRA-2是美国宇航局全球建模与同化办公室(Global Modeling And Assimilation Office, GMAO)于2017年发布的一项再分析资料, 与上一代版本MERRA相比, MERRA-2同化了微波探测仪和高光谱红外辐射仪等新的卫星观测数据, 并使用了新的地球观测系统模式(GEOS-5)[28]。本文使用的ERA5、JRA-55和MERRA-2的基本参数如表1所示。

表1 ERA5、JRA-55和MERRA-2基本参数Table 1.Basic parameters of ERA5, JRA-55 and MERRA-2

本文选取了1980年1月1日至2018年12月31日ERA5、JRA-55和MERRA-2再分析资料逐6小时的经向风和比湿数据, 估算北极地区的水汽输送。为保证使用数据的空间分辨率一致性,本文选取的ERA5空间分辨率为0.5°, 并使用线性插值法将JRA-55和MERRA-2的空间分辨率重采样至0.5°的网格上。水汽输送在水平方向可分为经向和纬向方向, 经向方向水汽输送直接影响北极的局地气候[29], 所以本文主要研究经向方向的水汽输送。水汽输送通常以水汽通量的大小进行表示, 并规定水汽通量的正值为向北水汽输送,负值为向南。连续气压层pi与pi+1间的水汽通量fqj可以用下式进行计算[19]:

式中,g是重力加速度, 其值取0.98(m·s-2),q是比湿(kg·kg-1),v是经向风(m·s-1),p是大气压强(hPa),下标i表示连续气压层中的某个气压层, 下标j指示连续气压层pi和pi+1之间的高度范围。

对地表至500 hPa高度大气层内的整层水汽通量Fq进行计算[19]:

式中,n是气压层数。需要说明的是, 由于北极地区近98%的大气水汽均集中在500 hPa以下[30],所以本文没有估算高度500 hPa以上的水汽通量。

1.2 IGRA2数据

无线电探空观测是开展北极地区水汽输送特征研究的重要手段。为了评估再分析资料估算水汽通量数据的精度, 本文引入了1980—2018年美国国家气候数据中心的IGRA2数据集进行比较验证。IGRA2包括了全球2700多个分布式站点(无线电探空仪和探空气球)的露点温度、压强和水汽压等大气参数的逐日数据集, 每个站点数据中的压力、温度和位势高度均经过了严格的质量控制, 但是水汽压和风速存在较大偏差。为了保证水汽通量估算结果的质量, 本文以5.4倍标准差(Standard Deviation, STD)作为阈值剔除了水汽压和风速的异常值, 并仅选取站点的有效数据次数高于整个观测周期总数85%的站点[20]。按照此标准, 本文从北极地区75个探空测站中筛选获得了64个站点进行后续分析, 筛选出的探空测站空间分布结果如图1所示。

图1 本文选用的北极地区IGRA2站点的空间分布图。数字表示探空测站的世界气象组织(World Meteorological Organization, WMO)编号Fig.1.Spatial distribution of IGRA2 sites in the Arctic region selected in this article.The number indicates the World Meteorological Organization (WMO) number of the radiosonde site

考虑到IGRA2没有直接提供比湿数据, 可以根据其提供的大气压强(p)和水汽压参数(e)推算比湿(q), 计算公式如下[31]:

式中,w是水汽混合比(kg·kg-1),e是水汽压(hPa),ε是常量, 取值为0.6219907。

1.3 再分析资料估算的水汽通量的精度分析

为了评估ERA5、JRA-55和MERRA-2估算北极地区整层水汽通量的精度, 本文将1980—2018年再分析资料与时空同步的利用IGRA2估算的整层水汽通量结果进行了比较, 两者之间的相关系数(r)和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)的空间分布结果如图2所示。ERA5和JRA-55与IGRA2水汽通量的相关性在空间分布上较为一致, 在多数站点呈现出较强的正相关性(有49个站点的r＞0.5, 所有站点的平均相关系数分别为0.65和0.7), 但ERA5和JRA-55在阿拉斯加、格陵兰岛北侧和加拿大北极群岛北侧站点的r较低(图2a和2b)。MERRA-2与IGRA2估算的水汽通量在大多数站点上均具有较强的正相关性(有56个站点的r＞0.5, 所有站点的平均相关系数达到0.78), 仅在西伯利亚北部和北欧个别测站的相关性较低(图2c), 这说明MERRA-2比ERA5和JRA-55更能捕捉到北极大范围内的水汽输送变化特征。ERA5与JRA-55估算的水汽通量的RMSE空间分布特征相似, 但在阿拉斯加地区的数值分别偏高21%和27%, 在挪威海附近分别偏高34%和30%(图2d和2e), 可能原因是这些地区的相对高海拔地形使西风偏转为南风, 造成了低层大气的水汽通量数值较大[19], 而再分析资料的同化方案受地形影响未能准确捕获这种变化而导致误差偏大。MERRA-2水汽通量的RMSE在北极相较ERA5和JRA-55偏低5.5%～8%(图2d和2f), 说明MERRA-2表征北极水汽通量的精度更高。此外, 在西伯利亚地区ERA5和JRA-55的r值(平均值分别为0.8和0.86)高于MERRA-2(平均值为 0.63), 而RMSE值(平均值分别为129 kg·m-1·s-1和122 kg·m-1·s-1)较MERRA-2(平均为137 kg·m-1·s-1)偏低, 这说明ERA5和JRA-55的适用性更高。总体而言, 与ERA5和JRA-55相比, MERRA-2估计的北极水汽通量与IGRA2具有更高的一致性和精度, 更适用于北极水汽输送的研究。

图2 1980—2018年不同再分析资料估算的北极整层水汽通量精度。a)—c)分别为ERA5、JRA-55、MERRA-2与IGRA2的r值情况; d)—f)分别为ERA5、JRA-55、MERRA-2与IGRA2的RMSE值情况Fig.2.Accuracy of integrated water vapor flux with different reanalysis data over the Arctic from 1980 to 2018.a)—c) indicated the r value between ERA5, JRA-55, MERRA-2 and IGRA2, respectively; d)—f) indicated the RMSE value between ERA5, JRA-55, MERRA-2 and IGRA2, respectively

2 北极地区水汽输送的时空变化特征

2.1 北极地区水汽输送的时空变化特征

图3给出了基于ERA5、JRA-55和MERAA-2估算的1980—2018年北极极冠边界处(即沿70°N)多年平均的整层水汽通量的水平分布结果。整体上, 三种再分析资料的水汽通量分布一致性较高,在东北极均为正值, 在西北极正值和负值相间分布且数值较东北极偏高, 这与吴静[32]的结论相符。水汽通量的这一水平分布特征说明水汽输送在东北极以向北为主, 而在西北极同时存在向北和向南的水汽输送且较东北极更活跃, 这可能是因为东北极多数区域为陆地, 而西北极区域内海洋和陆地的占比相近, 不同下垫面的差异导致了水汽输送方向和强度不同。基于沿70°N水汽通量的极值分布, 可以揭示水汽输送通道所在的位置。水汽通量极大值反映的向北水汽输送通道,主要位于170°W楚科奇海、50°W巴芬湾、0°北大西洋和90°E中西伯利亚地区, 这与Woods等人[33]的结论一致, 但比Dufour等人[20]的结论增加了90°E中西伯利亚地区, 原因可能是Dufour等人[20]仅分析了1—4月和7—10月两个时间段的水汽通量, 而本文与Woods等人[33]则分析了所有月份。水汽通量极小值反映的向南水汽输送通道, 则主要位于100°W加拿大北极群岛和25°W丹麦海峡地区, 这些通道附近的水汽输送除了与下垫面性质有关, 也较大程度地受局地气象要素的影响。在楚科奇海、巴芬湾和北大西洋等区域, 水汽通量的大小均超过18 kg·m-1·s-1, 且范围超过50°,这主要是受向北移动的气旋影响[34]; 在加拿大北极群岛上空, 向南水汽输送较为活跃, 这主要是当地偏强的北风和较弱的气旋活动共同作用的结果[35-36]; 丹麦海峡的向南水汽输送则是冰岛低压产生的近地面北风造成的[20]; 在中西伯利亚, 水汽输送数值和范围相对较小, 主要原因可能是亚欧大陆的风速和湿度均值相较海洋偏小。

图3 1980—2018年ERA5、JRA-55和MERRA-2沿70°N多年平均的整层水汽通量的水平分布图Fig.3.Horizontal distribution of multiyear average integrated water vapor flux at 70°N of ERA5, JRA-55, and MERRA-2,respectively, from 1980 to 2018

为详细研究沿70°N水汽输送的垂直结构,图4给出了该纬度圈多年平均的水汽通量的垂直分布结果。ERA5和JRA-55所估算的1980—2018年沿70°N多年平均的水汽通量在垂直方向的分布特征较为相似(图4a和4b), 与Serreze等人[30]的研究结论相吻合, 这两种资料的水汽通量正值主要分布于850～950 hPa高度, 并在900 hPa附近出现水汽通量极大值, 这说明向北水汽输送主要集中于850～950 hPa高度, 并在900 hPa较为强烈,这可能是因为对流层内风速通常随着高度升高而增大, 湿度随着高度升高而减小, 两者在900 hPa高度达到平衡状态。MERRA-2的有效水汽通量结果在垂直方向上也具有与ERA5和JRA-55相似的空间分布特征。此外, 900 hPa高度附近的水汽通量极大值主要位于170°W楚科奇海、50°W巴芬湾、0°北大西洋和90°E中西伯利亚地区(图4a和4b), 与图3中整层水汽通量极大值的位置相近,这与 Naakka等人[19]的分析结论一致, 说明900 hPa高度水汽通量能够大致代表整层水汽通量的变化。

图4 1980—2018年ERA5、JRA-55和MERRA-2沿70°N多年平均的水汽通量的垂直分布图。a) ERA5; b) JRA-55;c) MERRA-2。c)图中的空白区域是因为MERRA-2的v和q变量在此处存在无效数据Fig.4.Vertical distribution of multiyear average water vapor flux at 70°N of ERA5, JRA-55, and MERRA-2, respectively,from 1980 to 2018.a) ERA5; b) JRA-55; c) MERRA-2.The blank area in the c) is caused by invalid v and q in MERRA-2

图5绘制了ERA5、JRA-55和MERRA-2在1980—2018年沿70°N处多年月平均的整层水汽通量的变化结果。三种再分析资料得到的沿70°N多年月平均水汽通量均为正值, 说明向北水汽输送通量平均高于向南, 北极地区整体体现为水汽汇入地。就年际变化特性而言, 三种资料基本一致, 均呈单峰型分布, 1—7月水汽通量逐月增长,在7月达到最高(约10 kg·m-1·s-1), 7—12月逐月降低, 在12月达到最低(约为4 kg·m-1·s-1), 夏季(6—8月)极大值约为冬季(12月至次年2月)极小值的2倍, 这可能是夏季地表气温升高增加了大气保持水分的能力, 空气湿度较冬季更高所导致的[30]。

图5 1980—2018年ERA5、JRA-55和MERRA-2沿70°N多年月平均的整层水汽通量的变化图Fig.5.Multiyear monthly average of integrated water vapor flux at 70°N of ERA5, JRA-55 and MERRA-2, respectively, from 1980 to 2018

图6绘制了1980—2018年ERA5、JRA-55和MERRA-2三种再分析资料在北极季节平均的整层水汽通量的空间分布结果。三种再分析资料均显示向北水汽输送的季节变化比向南输送更加明显, 这可能与中纬度与副极地的温带气旋和湿度在一年中的剧烈变化有关[20]。北极地区的向北水汽输送强度在夏(6—8月)、秋(9—11月)、春(3—5月)、冬(12月至次年2月)季依次递减。夏季向北水汽输送最为活跃, 北大西洋、楚科奇海和巴芬湾的水汽通量值均达到50 kg·m-1·s-1以上(图6c、6g和6k), 这可能是北冰洋及其邻近海域海冰融化 , 开阔水域增多, 海-气相互作用增强导致的[37]。秋季北极大部分的水汽通量值低于20 kg·m-1·s-1,楚科奇海和巴芬湾区域约为40 kg·m-1·s-1, 仅北大西洋区域达到60 kg·m-1·s-1以上(图6d、6h和6l), 这可能是当地湿度受海冰融化影响而急剧增多造成的[38]。冬季北大西洋海域的水汽通量数值相比春季偏高20 kg·m-1·s-1, 这可能是因为该地是冬季气旋的主要活动区域[39]。除巴芬湾以外,ERA5、JRA-55和MERRA-2的水汽通量在北极的季节分布特征基本一致。在巴芬湾, MERRA-2较ERA5和JRA-55的水汽通量数值略小(图6a—6l), 且MERRA-2在该区域的精度高于ERA5和JRA-55(图2), 这说明ERA5和JRA-55可能高估了巴芬湾附近的水汽通量。

图6 1980—2018年ERA5、JRA-55和MERRA-2在北极多年季节平均的整层水汽通量的空间分布图。a)—d) 分别为ERA5在冬、春、夏、秋季的结果; e)—h) 分别为JRA-55在冬、春、夏、秋季的结果; i)—l) 分别为MERRA-2在冬、春、夏、秋季的结果Fig.6.Spatial distribution of multiyear seasonal average integrated water vapor flux over the Arctic from 1980 to 2018.a)—d)indicate winter, spring, summer and autumn results of ERA5 respectively; e)—h) indicate winter, spring, summer and autumn results of JRA55 respectively; i)—l) indicate winter, spring, summer and autumn results of MERRA-2 respectively

图7绘制了1980—2018年ERA5、JRA-55和MERRA-2三种资料在北极按季节平均的整层水汽通量线性趋势的空间分布结果。三种再分析资料均显示, 在不同季节水汽通量的变化趋势特征差异较大。在夏季, 向北水汽输送通道附近(0°北大西洋、90°E中西伯利亚、50°W巴芬湾地区)水汽通量的线性增长速度达到0.4 kg·m-1·s-1·a-1以上(图7c、7g和7k)。前人的研究[40-42]表明, 北大西洋和巴芬湾附近水汽通量的增速较快分别是由气温升高导致的湿度上升和气旋活动增多导致的, 而东西伯利亚海和中西伯利亚地区的水汽通量增长分别与北极偶极子异常和喀拉海位势高度负异常有关。秋季北大西洋附近海域的水汽通量增速达到0.8 kg·m-1·s-1·a-1以上(图7d、7h和7l),这可能与海冰融化导致当地湿度的急剧增加有关[38]。冬季水汽通量增长最为强烈的区域主要在北大西洋区域(图7a、7e和7i), 春季则主要在西伯利亚区域(图7b、7f和7j), 但与夏季相比, 这两个区域的水汽通量增长趋缓, 均低于0.4 kg·m-1·s-1·a-1。

图7 1980—2018年ERA5、JRA-55和MERRA-2在北极多年季节平均的整层水汽通量的线性趋势分布图。a)—d) 分别为ERA5在冬、春、夏、秋季的结果; e)—h) 分别为JRA-55在冬、春、夏、秋季的结果; i)—l) 分别为MERRA-2在冬、春、夏、秋季的结果Fig.7.Linear trend of multiyear seasonal average integrated water vapor flux over the Arctic from 1980 to 2018.a)—d) indicate winter, spring, summer and autumn results of ERA5 respectively; e)—h) indicate winter, spring, summer and autumn results of JRA55 respectively; i)—l) indicate winter, spring, summer and autumn results of MERRA-2 respectively

2.2 沿70°N水汽入侵的时间序列和水平分布

水汽入侵是指大气中强烈的水汽输送事件[33],能够造成向下长波辐射和云水路径正异常[23], 从而引发北极海冰减退。依据Woods等人[33]对水汽入侵的定义, 本文对沿70°N纬度带东西方向上9°的范围内水汽通量值超过总数90%, 并至少持续1.5 d的水汽入侵现象进行了统计分析。图8绘制了分别基于ERA5、JRA-55和MERRA-2数据, 在1980—2018年沿70°N水汽入侵的年平均次数。1980—2018年ERA5、JRA-55和MERRA-2的水汽入侵次数平均为每年27～29次, 2010—2011年为水汽入侵的高值年, ERA5为43次,JRA-55为40次, MERRA-2为40次。从图8还可以看出, 2008年之后的年平均水汽入侵次数出现较大波动, 这与采用滑动t检验方法对三种再分析资料的水汽入侵年平均次数的统计是一致的(检验结果未予显示)。此外, 2008年前后的水汽输送突变主要是由北极地区低对流层湿度的快速异常变化引起的。

图8 1980—2018年分别基于ERA5、JRA-55和MERRA-2数据的沿70°N水汽入侵次数的年平均次数Fig.8.Annual average of water vapor intrusion at 70°N from 1980 to 2018 based on ERA5, JRA-55 and MERRA-2

图9绘制了1980—2018年分别基于ERA5、JRA-55和MERRA-2再分析资料中沿70°N处水汽入侵的水平分布结果。三种再分析资料得到的水汽入侵水平分布相似, 主要集中于0°北大西洋、180°楚科奇海、50°W巴芬湾和20°E—90°E西伯利亚区域, 与上文中向北水汽输送的通道位置(图3)相符, 同时也与Woods和Caballero[43]的结论吻合,说明了水汽入侵主要发生在向北水汽输送通道附近。水汽入侵年平均次数的极大值出现在北大西洋(图9), 这可能是当地气旋的斜压系统引起的瞬态涡旋输送偏强导致的[29]。此外, 在巴芬湾出现水汽入侵的次数较低, 且多年平均的整层水汽通量数值最高(图3), 说明当地的向北水汽输送较为平稳, 这可能是由于巴芬湾附近的湿度受到西风急流和大尺度的大气环流调节而呈稳定状态[42]。

图9 1980—2018年基于ERA5、JRA-55和MERRA-2数据的沿70°N水汽入侵的水平分布图Fig.9.Horizontal distribution of water vapor intrusion at 70°N from 1980 to 2018 based on ERA5, JRA-55 and MERRA-2

3 结论

本文首先以IGRA2无线电探空数据为参照,评估了1980—2018年ERA5、JRA-55和MERRA-2三种再分析资料估计的水汽通量结果在北极地区的适用性, 并基于三种再分析资料对沿70°N以及整个北极地区的水汽输送时空变化特征进行了分析, 得到如下主要结论。

1.ERA5和JRA-55与IGRA2估计的北极水汽通量的平均相关性分别为 0.65和 0.7,MERRA-2与IGRA2的平均相关性达到0.78。以IGRA2的估计结果为参考, ERA5和JRA-55估计的水汽通量的RMSE比MERRA-2平均偏高5.5%～8%。整体而言, MERRA-2估计的北极水汽通量与IGRA2具有更高的一致性, 比ERA5和JRA-55更适用于开展北极地区的水汽输送研究。

2.沿70°N水汽通量的空间分布显示, 在水平方向上, 水汽输送在东北极基本以向北输送为主, 在西北极则同时存在向南和向北输送且相对东北极更活跃; 在垂直方向上, 向北水汽输送在900 hPa高度较为强烈。此外, 沿70°N水汽通量的月平均分布结果还表明, 向北水汽平均输送强度高于向南水汽输送, 北极地区整体上体现为水汽汇入地。

3.北极地区的向北水汽输送呈现不同的季节性和空间分布特征, 具体表现为夏秋季的向北水汽输送较冬春季更加活跃, 水汽通量在北大西洋、楚科奇海和巴芬湾附近均超过40 kg·m-1·s-1,并分别在向北水汽输送通道附近和北大西洋海域以超过0.4 kg·m-1·s-1·a-1和0.8 kg·m-1·s-1·a-1的速度增长; 冬季水汽通量比春季在北大西洋区域偏高10 kg·m-1·s-1, 同时, 冬春季节水汽通量在北大西洋和西伯利亚的增长速度较为平缓, 均低于0.4 kg·m-1·s-1·a-1。

4.受北极地区近地表比湿快速增加的影响,2008年以后沿70°N水汽入侵的年均次数存在明显的波动。同时, 北极地区水汽入侵的发生位置与中纬度水汽进入北极的输送通道位置一致, 主要分布在0°的北大西洋、180°的楚科奇海、50°W的巴芬湾和20°E—90°E的西伯利亚区域。