ERL编辑优选：海冰流动性增强调控“新北极”海冰生长

文章介绍

Daling Li Yi (易李达玲) ，Ke Fan (范可)，Shengping He (贺圣平)

通讯作者：

• 范可，中山大学/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）

Nonstationary thermodynamic and dynamic contributions to the interannual variability of winter sea ice growth in the Kara–Laptev Seas

Anjie Zhang (张安婕)，Daling Li Yi (易李达玲) ，Ke Fan (范可)

通讯作者：

• 范可，中山大学/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）

研究背景：

在北极增暖的背景下，北极海冰状态正在发生显著变化，如夏季海冰范围、厚度、冰龄持续下降，而冬季海冰生长量（WSIG）反而增加，呈现以季节性海冰为主的“新北极”气候。WSIG通过改变海-冰-气界面的热量交换，进而影响北极局地和周边中高纬度的气候，因此，科学定义WSIG并理解WSIG变化的成因对正在出现的“新北极”气候尤为重要。在近些年季节性海冰增多、变薄、更易移动的背景下，北极热动力过程如何调控WSIG的年代际和年际变化？这是本研究的动机。

研究内容：

本研究基于海冰卫星观测和海气再分析数据集，通过合成分析、季节性的海冰密集度收支分析以及典型个例分析，揭示1985–2021年北极WSIG的年代际和年际变化特征及可能物理机制。结果表明，北极欧亚陆架边缘的WSIG在2008年后显著增多（图1），尤其是在波弗特环流区，超过84%的WSIG增加是来自于冰辐散的贡献（图2a），而在其它陆架海区，以拉普捷夫环流区为例，其WSIG增加由海冰失热冻结主导（图2b）。进一步研究表明夏季波弗特高压自2008年后的增强及风驱动波弗特环流增强且持续的影响，是WSIG显著增多的原因。

进一步研究发现，喀拉海-拉普捷夫海WSIG与9月海冰密集度的年际相关性自2010年减弱，而与3月海冰密集度的相关性则不断增强（图3）。这意味着2010年前WSIG的年际变化主要受融冰过程影响（图4a），但2010年后，其WSIG年际变化不仅受融冰过程的影响，结冰过程尤其是动力生长对其的调控在显著增强（图4b）。其中融冰季（4–8月）的热力融化对WSIG在1985–2021年的年际变化的贡献约为80.3%，而结冰季（10–2月）的动力贡献在2010年前约为26.5%，在2010年后约为41.6%。

图1 （a）1985–2021年北极冬季海冰生长总面积（单位：平方千米）和季节性海冰占比（单位：%）。季节性海冰占比定义为冰龄为一年的海冰面积占海冰总面积的比值。（b）2008年前后北极冬季海冰生长空间分布的范围变化（单位：%）。黑色虚线表示1985–2007年平均海冰生长量0.7的等值线，实线表示2008–2021年平均海冰生长量0.7的等值线。（Yi et al., 2024, ERL）

图2 1985–2021年北极（a）波弗特环流区和（b）拉普捷夫环流区冬季海冰生长面积，冬季海冰动力和热力生长面积（单位：平方千米）。（Yi et al., 2024, ERL）

图3 1985–2021年喀拉海-拉普捷夫海区WSIG异常分别与区域平均的9月海冰密集度异常和3月海冰密集度异常的9年滑动相关关系，异常序列已去除线性趋势（单位：%）。（Zhang et al., 2024, ERL）

图4 喀拉海-拉普捷夫海WSIG年际变化的物理机制示意图。（a）融冰季（4–8月）波弗特高压增强、向北的异常暖平流输送和局地短波辐射-冰-反照率正反馈影响，有利于融冰增多，开阔水面增多，导致WSIG的年际正异常。（b）2010年后，结冰季（10–2月）北极上空异常反气旋抑制海冰向东输运和增强的湍热失热，导致WSIG的年际正异常。图4b结果基于2013年与2017年个例合成。（Zhang et al., 2024, ERL）

作者介绍

• 2023年影响因子：5.8  Citescore: 11.9
• Environmental Research Letters（ERL）以金色开放获取模式出版，作者可选择将原始数据作为补充资料与文章一起发表。所有研究人员可以免费获取这些研究成果。ERL汇聚了关注环境变化及其应对的研究团体和政策制定团体的意见，涵盖了环境科学的所有方面，出版研究快报、综述文章、观点和社论。ERL顺应了环境科学的跨学科发表的趋势，反映了该领域相关的方法、工具和评估战略，得到了来自不同领域的广泛贡献。