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小岛在罗斯海,南极洲,与在前景的包装冰
南极洲罗斯海中的小岛,前景是浮冰。 信贷:安德烈·吉尔登/阿拉米股票照片。
客人帖子
2021年6月29日12:17

客座帖子:解读南极海冰范围的升降

客座作者

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06.29.21.
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2021年6月29日下午12:17
来宾职位 客座帖子:解读南极海冰范围的升降

这个北极海冰急剧下降最近几十年来成为地球变暖气候最持久的图像之一。然而,与此同时,地球南极的海冰变化已经不太清晰。

南极海冰范围逐渐增加在卫星记录的大部分时间里(1979年至今),2012-2014年达到了连续的最高记录。然而,2016年开始了有史以来最明显的海冰覆盖下降。在随后的三年中,南极海冰急剧下降相当于北极30年的海冰流失

这些波动导致了政府间气候变化专门委员会(IPCC)到结论在其2019年特别报告由于“对比区域信号和较大的际际变异性”,南极海冰范围“整体没有统计上显着趋势”的海洋和冰区。

我们的透视论文,发表在自然地球科学乐动体育 英超,利用最近的研究来检验最近南极海冰覆盖的急剧减少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。

海冰变形

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

在冬季,南极洲的面积实际上翻了一番,因为1500万平方公里(km2)的海洋结冰。虽然北极被限制季节性海冰生长的大陆包围,但南极被一英里又一英里的海水包围,在那里可以形成海冰。

然而,由于南极洲的海冰蔓延到降低,温暖的纬度,较少将在夏天生存,因为温度升高。一般,只有15%左右南极海冰的数量从一年持续到下一年,与北极的40%不同。你可以在下面的地图中看到这一点,地图显示了南极海冰的范围在2020年冬季最大值(左)和2021年夏季最小值(右)。

南极海冰范围图
最近冬季最大的南极海冰范围地图2020年9月28日(左)和夏季最低值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。

这种逐年变化意味着南极洲的海冰厚度减少,持续多年。这也意味着海冰的范围更可能在未来十年内发生巨大变化。

下图表显示了年平均南极海冰范围如何通过卫星记录波动。

年度南极海冰范围从1979年到2020年
1979年至2020年的南极海冰年范围(该期间的平均值用蓝色虚线表示),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。

进程靠近和较远的冰

海冰形成于大气和海洋的交界处。它生长或融化的程度取决于它们之间的相互作用。可以吹海冰并给该地区带来暖空气或冷空气的地面风受大规模大气环流控制。同时,上层海洋在深海和大气之间传递热量。

下图突出显示了南极洲周围的不同力量。被称为“咆哮的40年代”、“狂怒的50年代”或“尖叫的60年代”——取决于纬度——环绕南极洲的西风(黑色箭头所示)通过一种称为南方年度模式(山姆)。

增强的西风带有一个双时标“对海冰盖的影响。强风最初通过推离南极大陆的海冰和北向北带来冷,表面水域来推动海冰扩张,然后冻结。但是,十多十年来,这增加了向北运输带来了温暖的深海水域到融化海冰的表面,导致长期(小红色箭头)的盖子减少。

绕极的西风带气流被一场风暴中断纬向三号波型.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) - 由蓝色阴影区域所示,并以海南南极洲的海外命名,它通常坐在上面。风在南半球的这种低压系统周围顺时针移动,在西部侧翼北向北吹冷空气和海冰。温暖的空气在东部侧翼向南吹,可以向海岸推到海岸。这些风由绿色箭头表示。

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。大气试图保持平衡,一种巨大的蜿蜒风被称为行星波,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环流。这个年代际太平洋振荡(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,大西洋数十年振荡(AMO)表示北大西洋的暖(AMO+)与冷(AMO-)海面温度。

IPO和AMO作用于不同的时间尺度,以不同的方式影响南极大气。IPO-和AMO+导致阿蒙森海低压更深,西风更强,如下表所示。

IPO +. IPO- AMO + >AMO -
西风带 较弱的 更强 更强 较弱的
阿蒙森海低 浅的 更深层次的 更深层次的 浅的
热带海洋的海洋表面温度会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。

少风(+温暖的海洋)=少冰

2016年的下降主要是巧合,但自然发生变化性。

关于深海热是否在迅速融化海冰方面起到了作用,仍然存在一些争论,但我们知道,在之前的十年中,IPO加强了西风带,并为将温暖的海水带到海洋地下创造了条件。

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首先,2016年秋季的强纬向三号波模式导致大气热量向南转移。然后,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度减少。

改变现状IPO+和AMO-减弱了西风,但对于特别减弱的西风带也提出了许多其他解释。

下图表显示了南极海冰(蓝线),(橙色实线)和(橙色虚线)2015年8月之后的戏剧性转变。

仍然有很多工作要理解不同司机的角色,以便我们可以将未来可能改变南极海冰如何改变。

1979年以来每月海冰范围异常与1979-2018年气候学的关系
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来自NSIDC。趋势线(橙色)通过月度异常计算。橙色着色表示IPO何时为负。灰色着色指示amo呈正数时。来源:克莱尔·埃尔斯,改编自埃尔斯等人(2021.)。

在记录中的昙花一现或未来迅速下降的预兆?

南极海冰现在似乎回到了卫星纪录的平均国家 - 尽管有很长的路要走回到2014年达到的纪录高度覆盖。

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。

然而,很明显,热带变化也有一定的作用。南极海冰的变化也产生了影响对热带的深远影响这些联系值得进一步调查。

预计港口将加剧气候温暖.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南大洋的蓄热增加,这也表明未来海冰面积将下降。

接下来是什么?

我们对控制南极海冰覆盖的流程受到缺乏观察的影响,现在我们依靠40年卫星记录来监测海冰。一个紧迫的关注是预期退役之间的潜在的两到五年数据差距ICESAT-2CryoSat-2–仅有的两颗卫星提供测高在极地地区——以及下一个极地高度计的发射,克丽丝特尔,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。

显然,影响南极海冰的过程在广泛的时间和空间尺度上起作用。我们迫切需要新的技术,因为我们不能再依赖线性技术和纬向平均指标来研究海冰的变化。

是否存在人为影响?最近的快速下降是由自然变异引起的,但我们不能排除人类活动的作用。特别是,未来研究的重点应该是人为强迫在推动热带变化方面的作用。

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。

Eayrs,C.等人(2021年)近年来南极海冰的迅速减少暗示了未来的变化,自然地球科学,乐动体育 英超doi: 10.1038 / s41561 - 021 - 00768 - 3.这位客人职位的作者还希望承认其论文共同作者的贡献,李岛博士和拉斐尔教授

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