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南极洲罗斯海的一个小岛,前景是浮冰
小岛在罗斯海,南极洲,与在前景的包装冰。 图片来源:André Gilden / Alamy Stock Photo。
客人的帖子
2021年6月29日17

特稿:解读南极海冰范围的上升和下降

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06.29.21
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29.06.2021 | 12:17pm
客人的帖子 特稿:解读南极海冰范围的上升和下降

北极海冰急剧减少近几十年来已经成为地球气候变暖最持久的图像之一。然而,与此同时,地球南极的海冰变化却远没有那么明显。

南极海冰范围逐渐增加在大部分的卫星记录中(1979年至今),在2012-14年达到连续的最高记录。然而,2016年开始出现了有史以来最显著的海冰覆盖下降。在接下来的三年里,南极海冰急剧下降相当于北极的30年海冰

这些波动导致了政府间气候变化小组(IPCC)结论在它2019年的特别报道关于海洋和冰冻圈,南极海冰范围“总体上没有统计上显著的趋势”,原因是“区域信号的对比和年际变化大”。

我们的观点论文,发表在自然地球科学188bet博彩公司怎么样,借鉴最近的研究,以检查南极海冰覆盖最近的急剧损失是否揭示了控制该地区海冰的过程。

我们发现,迅速而意外的海冰减少主要是由于环绕南极大陆的西风异常减弱造成的。

虽然海冰似乎在反弹,但覆盖面积仍远低于2014年的纪录高点。这个地区的海冰覆盖明显容易受到快速变化的影响。然而,如果我们要准确预测未来的变化,我们需要精确指出影响南极周围风的远近过程。

海冰变化

南极海冰的年度波动是地球表面覆盖面积最大的季节变化之一。这将会产生巨大的连锁反应全球气候与海洋生态系统

在冬天,南极洲的距离有效地加倍海洋冻结的15米平方公里(KM2)。虽然北极被大陆被限制在季节性海冰生长的大陆,但南极被海冰可以形成的南极水近一英里。

然而,由于南极洲的海冰扩散到更低、更温暖的纬度地区,随着气温的升高,在夏季幸存下来的就会更少。平均而言,只有15%左右南极的海冰从一年持续到下一年,而北极的海冰只有40%。你可以在下面的地图中看到这一点,它显示了2020年冬季最大(左)和2021年夏季最小(右)的南极海冰范围。

南极海冰范围地图
南极海冰范围在最近的最大冬季的地图2020年9月28日(左)和夏季最低气温2021年2月21日(右)。粉色线条显示的是1981-2010年该月的平均范围。来源:国家冰雪数据中心。

今年到年度的可变性意味着南极洲持续多年来持续的厚厚的海冰。这也意味着海冰范围更可能从十年到下一个十年来变化。

下面的图表显示了根据卫星记录,南极海冰面积的年平均波动情况。

从1979年到2020年每年南极海冰范围
从1979年到2020年每年南极海冰范围(以虚线蓝线表示),基于数据来自国家冰雪数据中心(NSIDC)根据卫星数据,海冰范围是冰浓度在15%或更高的总面积。总的趋势掩盖了主要的、对比鲜明的地区变化。信贷:克莱尔Eayrs。

远近的过程塑造了冰的形状

海冰在大气和海洋之间的界面形成。它的增长或融化是多少取决于它们之间的相互作用。可以通过大规模的大气循环来控制可以吹海冰并向该区域带来温暖或冷空气的表面风。同时,上海在深海和大气之间转移热量。

下图强调了在南极洲周围发挥作用的不同力量。被称为“咆哮的40度”、“狂暴的50度”或“尖叫的60度”——取决于它们的纬度——环绕南极洲的西风(如图中黑色箭头所示)通过一种被称为“40度”的环流模式周期性地增强或减弱南方年度模式(山姆)。

加强斯威尔德有一个“两时间尺寸“对海冰覆盖的影响。强风将海冰推离南极大陆,并将寒冷的表层水北上,进而导致海冰膨胀。但是,在几十年的时间里,这种向北迁移的增加将温暖的深海海水带到表面,融化了海冰,导致长期覆盖面积减少(小红箭头)。

绕极的西风带气流被一场风暴中断带状波第三种图案.顾名思义,这是一个由三个高压脊和三个低压槽点缀而成的图案。这些低压槽中最深的是阿蒙森海低(ASL)——由蓝色阴影区域显示,并以它通常位于南极洲西部的海域命名。在南半球,风围绕着这样的低气压系统顺时针移动,在西侧将冷空气和海冰吹向北。暖空气在东侧向南吹,可将海冰推回海岸。这些风用绿色箭头表示。

南极洲周围的风影响着海冰覆盖
更强的西风带(黑色箭头)将寒冷的地表水和海冰推向北方。纬向第三波模式可以将暖空气带到南方,冷空气则吹向北方(绿色箭头)。在年代际时间尺度上,增强的西风带上升到温暖的深水表面(小红箭头),导致海冰覆盖减少。来源:克莱尔·埃尔斯,改编自埃尔斯等人(2021).

此外,热带海洋对南极海冰的影响可能令人惊讶。当海洋表面变暖时,大气中的热量和水分垂直上升。大气层试图保持平衡,一股巨大的蜿蜒的风被称为行星波,或罗斯贝波将热量传递到两极。

两个重要的气候循环以这种方式影响南极大气循环。的Interdecadal Pacific振荡(IPO)描述了西太平洋海面温度如何在暖(IPO+)和冷(IPO-)阶段之间摇摆。类似地,大西洋多型振荡(amo)代表北大西洋的温暖(Amo +)与酷(amo-)海面温度。

IPO和AMO行动的时间尺度不同,对南极大气的影响也不同。IPO-和AMO+导致阿蒙森海低压更深,西风更强,如下表所示。

首次公开募股(IPO) + IPO - AMO + >AMO -
西风带 较弱的 更强 更强 较弱的
阿蒙森海低 浅薄 更深层次的 更深层次的 浅薄
热带海洋的海面温度可以以不同的方式影响南极西风的强度和阿蒙森海低压的特征。

风少了(+海洋变暖)=冰少了

2016年的下降主要是巧合,但是自然发生的可变性。

关于深海热是否在快速融化海冰中发挥了作用,目前仍有一些争论,但我们知道,在十年前,首次公开募股(IPO)加强了西风带,并为将温暖的海水带到海洋下表面创造了条件。

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首先,2016年秋季强烈的纬向波3型导致大气热量向南转移。随后,环绕南极大陆的风异常减弱,将海冰推回南极,导致海冰覆盖面积大幅减少。

改变IPO+和AMO-减弱了西风,但人们也提出了许多其他解释这一特别减弱的西风带的理由。

下图显示了2015年8月之前(橙色实线)和之后(橙色虚线)南极海冰的戏剧性变化(蓝线)。

为了了解不同驱动因素的作用,我们仍有很多工作要做,这样我们才能预测南极海冰在未来可能发生的变化。

1979年以来每月海冰范围异常相对于1979-2018气候学
根据1979-2018年气候学(蓝线),自1979年以来海冰范围的月异常数据国家冰雪数据中心。趋势线(橙色)通过每月的异常来计算。橙色阴影表示IPO是负面的。灰色阴影表示AMO阳性。来源:克莱尔·埃尔斯,改编自埃尔斯等人(2021).

是历史记录中的一个小插曲,还是未来经济快速下滑的前兆?

根据卫星记录,南极海冰现在似乎正在回到接近其平均状态——尽管要回到2014年的最高记录还有很长的路要走。

我们知道西风是决定某一特定年份海冰数量的关键,但关于驱动这些风的过程,我们仍有很多东西需要了解。

但是,很明显,热带变异性具有扮演的作用。南极海冰的变化也有一个对热带地区的深刻影响这些联系需要进一步调查。

随着气候变暖,西风带预计将加剧.上述“双时间尺度”理论表明,这将导致海冰在短期内扩张,但最终覆盖面积将减少。预计更强的西风也将导致增加了南大洋的热量储存,这也指向未来的海冰范围。

下一个什么?

由于缺乏观测,我们对控制南极海冰覆盖的过程的理解受到了阻碍。目前,我们依靠40年的卫星记录来监测海冰。一个紧迫的问题是,在预计的退役设施之间可能存在2到5年的数据差距ICESat-2克里赛特- 2卫星回传-只有两颗卫星提供Altimetry.在极地区域 - 下一个极性高度计的发射,克丽丝特尔,在2027年。

海冰范围只是问题的一部分。目前,我们只有卫星提供的关于海冰覆盖的可靠信息。准确测量南极海冰的厚度是一个活跃的研究领域,如果我们要充分了解冰是如何变化的,这是至关重要的。

很明显,影响南极海冰的过程在广泛的时间和空间尺度上行动。迫切需要新技术,因为我们无法再依赖线性技术和自由平均度量来研究海冰变异性。

是否有人类引起的影响?近期迅速下降是由自然变异性引起的,但我们不能排除人类活动的作用。特别是,人为强迫在热带地区推动变化的作用应该是未来研究的重点。

很明显,在某些条件下,南极海冰很容易受到迅速变化的影响。海冰在全球气候中发挥着重要作用,我们必须缩小知识差距,以便能够对未来作出预测。

埃尔斯,C.等人(2021)《自然地球科学》,南极海冰近年来的快速减少预示着未来的变化,188bet博彩公司怎么样doi: 10.1038 / s41561 - 021 - 00768 - 3.这篇客座文章的作者还想感谢他们的论文合著者李西辰博士的贡献玛丽莲教授拉斐尔

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