南极冬季的海冰正在缩小：这对地球的海洋和大气层意味着什么？

2023年，南极海冰面积急剧下降。分析表明，海冰的减少增加了海洋热量向大气的转移，进而影响了海洋环流和风暴的频率。

近40年来，南极洲周围海域的冰量虽小但显著增加，在2014年达到历史新高。但随之而来的是2016年海冰大量流失，到2023年，损失是前所未有的，并且在 2024 年持续接近历史最低水平。或许更令人担忧的是，损失发生的时间恰逢南半球的冬季。这种下降以及海洋变化表明，南大洋可能正在经历一场与上个世纪不同的转变。乔西等人在《Nature》杂志上撰文。计算 2023 年南极冬季期间有多少南大洋热量流失到大气中，并讨论这可能对风暴、海洋环流以及地球系统的热量和碳储存产生的影响。海冰介导海洋与大气之间的热交换（图1）。在夏季，这些冰反射了大部分太阳辐射，阻止其到达海洋表面并使海洋表面变暖。在黑暗、寒冷的冬季，海冰将海洋与上方较冷的大气隔离，减少海洋的热量损失。但海冰在使海洋从大气中吸收多余热量方面也发挥着关键作用，这种机制与南大洋尤其相关。

图1 | 南极海冰的影响

南大洋比太平洋、大西洋和印度洋要小，但它是全球气候变化的主要缓解者——在过去的一个世纪里，它吸收了海洋从大气中吸收的约 83% 的热量，并吸收了约 43% 的热量。南大洋吸收如此多热量和碳的能力与海冰的形成和海洋环流直接相关。随着南大洋海冰的形成，陆架水域（即大陆架上的浅水水域）变得更加含盐，因为海水结冰时盐会从海水中排出。寒冷、富含盐分的海水从大陆架下沉并流出，然后与称为环极地深水（CDW）的层混合，成为世界上密度最大的海水——南极底层水（AABW）。

目前对地球海洋状况的了解表明，南极海冰在确定 CDW 的特征方面发挥着主导作用。反过来，CDW 影响 AABW 的体积和密度。它还介导了从南极大陆流入海洋的冰盖的融化，特别是思韦茨冰川和松岛冰川，它们位于南大洋的边缘，被称为“末日冰川”，因为它们的融化可能引发灾难性的海平面上升。

高盐度的陆架水与 CDW 混合成为 AABW，在表面吸收CO2，然后在流向海底时将其带入海底。这些水在深渊中循环，直到最终重新浮出水面，通常是在1000 年后。南大洋可以吸收的碳量受到形成的 AABW 的体积以及它在重新浮出水面之前在很深的地方停留的时间的影响。这些因素还决定了海洋需要多长时间才能适应不断增加的碳排放和相关的大气加热。

乔西等人利用卫星观测计算了 2023 年 6 月和 7 月（南半球冬季）海冰损失量。然后，他们将标准模型应用于这些数据，以及大气和海洋条件的测量，以估计这种变化会引起多少热量损失。作者的分析表明，南大洋大部分地区损失的热量是前几年被冰覆盖时损失的两倍。这种大量的热量损失伴随着风暴频率的增加，因为转移到大气中的多余热量放大了可用于燃料风暴的能量。海洋的热量损失也冷却了地表水，使其密度更大——这一变化可能会极大地改变车辆碰撞波的特性。

该团队的工作进一步表明，从海洋传递到大气的热量在 2023 年比平常晚一个月左右达到最大值，海冰的形成也同样延迟。海冰形成的季节性变化有可能影响依赖海冰的海洋生态系统和捕食者。它们还可以影响海洋条件，从而调节来年春季冰层破裂和秋季重新形成的速度（或慢速）。

Josey 及其同事以 2023 年的异常条件为试验台，得出的结果指出了冬季南极海冰过低对海洋和大气环流产生的深远而直接的影响。但 2023 年到底有多反常呢？2024 年，南极洲的冬季海冰再次变得异常少。这两个极端的冬季可能是与南大洋政权转变相关的系统性变化的一部分。由于潜在的持续和持续的冬季冰损失，乔西等人的影响。亮点可能会产生全球影响。

通过研究南极冰、海洋和大气之间的相互作用，研究人员可以继续梳理海冰减少的潜在后果。对海洋水体（从表面到深处）特征的测量将有助于揭示这种下降的潜在程度和持续时间，及其对南大洋热量和碳吸收的影响，以及对持续的全球影响。减缓气候变化。

文献参考：

Landrum, L. L., & DuVivier, A. K. (2024). Sea ice is shrinking during Antarctic winter: here's what it means for Earth's oceans and atmosphere. Nature, 636(8043), 578–579.

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