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我国科学家在北极气候变化研究中取得重要进展

随着大西洋向北冰洋的热量输送增加,北冰洋海水快速升温、海洋上层层结减弱以及海冰加速消融。

5月20日,国际著名学术期刊《自然通讯》在线发表一项研究成果——“The poleward enhanced Arctic Ocean cooling machine in a warming climate”。自然资源部第一海洋研究所博士舒启为第一作者、自然资源部第一海洋研究所研究员乔方利和德国AWI(极地与海洋研究所)研究员王强为通讯作者。该研究揭示了北冰洋快速“大西洋化”的物理机制,并对未来北冰洋的气候变化进行了预测,加深了人类对北极气候变化的认识,为应对气候变化提供了新的科学依据。

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近30年来,北冰洋的巴伦支海和欧亚海盆东部发生了显著的“大西洋化”现象,主要表现为:随着大西洋向北冰洋的热量输送增加,北冰洋海水快速升温、海洋上层层结减弱以及海冰加速消融。北冰洋的“大西洋化”对北冰洋的海洋环境、生态系统以及包括我国在内的欧亚大陆的气候系统都会造成显著影响。然而,北冰洋快速“大西洋化”的物理机制及未来发展趋势仍不清楚。

该研究发现,北冰洋快速“大西洋化”进程中海—冰—气之间的相互作用在海冰覆盖区和开阔海域发生了完全相反的变化趋势:由于气候变化导致大气增暖,虽然海温也有所增加,但海洋表层温度增加量比大气增温的幅度小,导致冬季海洋热释放在开阔海域显著减少。大西洋输入的热量增加以及向大气热量释放减少,两者的共同作用使得北极开阔水域上层海洋热含量不断增加、海洋层结增强;而在冰区未完全覆盖区域,由于海冰密集度降低,更多的海水面积与大气直接接触,由此导致的海洋热通量增加超过了大气升温所导致的海气热通量减少,整体使得冰区海洋向大气的热释放增加、海洋上层层结变弱。

研究表明,海—冰—气相互作用的这种变化特征对北冰洋“大西洋化”具有不断“向北推进”的作用:开阔海域海洋层结增强、海洋热释放减少使更多来自北大西洋的海洋热量储存在海洋中,并通过增加极向热输送进入到相对下游的海冰覆盖区,导致下游冰区的水温升高、海冰减少、海洋释放热量增加及海洋层结减弱;随着海冰的减退,原海冰区域逐步转变为开阔海域,其海—冰—气相互作用的过程也渐渐转变为与上游开阔海域相同的情况,从而使更多热量继续进入更下游的海冰覆盖区,进而使得更下游海洋发生“大西洋化”现象,这就实现了“大西洋化”向高纬度的不断“迭代式”快速推进。

基于气候模式对巴伦支海和喀拉海未来“大西洋化”进程的预测显示,在全球变暖背景下北冰洋的“大西洋化”会继续向北推进,巴伦支海和喀拉海将分别在21世纪60年代和80年代开始出现冬季无冰现象,整个巴伦支海和喀拉海的热释放将在此期间达到峰值,预示随后这一路径的“大西洋化”进程将在北冰洋的深海盆海域以更快速度推进。

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