用海洋涡流解释南极海冰悖论：为何其范围自1979年来没有什么变化？

自2010年以来，年度间的波动比前一时期更大。然而，除了在2016年至2019年有一个明显的负数激增之外，自1979年以来，南极大陆周围的长期平均海冰覆盖率一直保持稳定。因此，可观察到的现实与大多数科学模拟结果不一致，这些模拟结果显示在同一时间段内海冰大量流失。

来自亥姆霍兹极地和海洋研究中心阿尔弗雷德-魏格纳研究所的第一作者Thomas Rackow说："这个所谓的南极海冰悖论已经困扰了科学界一段时间了。目前的模型还不能正确描述南极海冰的行为；似乎缺少一些关键因素。这也解释了为什么政府间气候变化专门委员会（IPCC）得出结论，基于模型的未来南极海冰预测的信心水平很低。相比之下，新模型在北极地区已经非常可靠，IPCC对其预测赋予了很高的信心水平。通过我们的研究，我们现在提供了一个基础，可以使南极洲海冰的未来预测更加可靠。"

在研究过程中，该团队应用了AWI气候模型（AWI-CM）。与其他气候模型不同，AWI-CM允许对某些关键区域如南大洋进行更详细的模拟--或者换句话说，以"高分辨率"。因此，由直径为10至20公里的较小的海洋涡流引起的海洋混合过程也可以直接包括在内。

"我们在模拟中使用了广泛的配置。在这个过程中，很明显，只有那些对环绕南极的南大洋进行高分辨率描述的模拟产生了与我们在现实中看到的相似的延迟海冰损失，"Rackow说。"当我们把模型扩展到未来时，即使在非常不利的温室气体影响情况下，南极洲的海冰覆盖面在本世纪中叶之前仍然基本稳定。在那之后，海冰退缩得相当快，就像北极海冰几十年来一直在演变那样。"

因此，AWI的研究为南极海冰的行为不跟随全球变暖趋势提供了一个潜在的解释：海冰覆盖的矛盾稳定性可能有多种原因。正在讨论的理论是，来自南极的额外融水通过屏蔽冷的表层水与较暖的深层水，稳定了水柱，从而也稳定了冰。根据另一种理论，主要的嫌疑人是吹在南极周围的西风，在气候变化下，这些西风一直在加强。这些风基本上可以像薄薄的比萨饼面团一样将冰块铺开，使其覆盖更大的面积。在这种情况下，冰量可能已经在下降，而被冰覆盖的区域会给人一种稳定的假象。

AWI的研究工作现在将海洋漩涡带入焦点。这些漩涡在抑制和延缓气候变化对南大洋的影响方面起着决定性的作用，使海洋能够将从大气中吸收的额外热量向北输送到赤道。这种向北的热量输送与海洋上层约1000米的翻转环流密切相关，在南大洋，翻转环流一方面由风驱动，另一方面也受到涡流的影响。虽然由于更强的西风，环流的北向成分正在增长，但低分辨率气候模型中的简化涡流似乎常常通过向南极洲的南向成分来过度补偿这一因素；高分辨率模型中明确模拟的涡流表现出更中性的行为。综上所述，在高分辨率模型中可以看到热传输中更明显的向北的变化。因此，南极周围的海洋变暖更慢，冰盖保持稳定的时间更长。

我们的研究支持这样一个假设，即只要气候模型和南极海冰的预测能够真实地模拟高分辨率的海洋，并配有涡流，它们就会可靠得多。由于并行超级计算机的性能不断提高，以及新的、更有效的模型，下一代气候模型应该使这成为一项常规任务。

关键词： 科学探索 用海洋涡流解释南极海冰悖论：为何其范围自1979