為何南極海冰在經(jīng)歷數(shù)十年增長后突然崩塌？

南極海冰不僅是極地生態(tài)系統(tǒng)和物理環(huán)境的關(guān)鍵組成部分，也是更廣泛南大洋氣候系統(tǒng)的重要調(diào)節(jié)器。通過強(qiáng)烈反射陽光并限制海洋與大氣之間的熱量交換，海冰有助于調(diào)控區(qū)域乃至全球的天氣和氣候。因此，弄清楚是什么控制了南極海冰的范圍和變化，對改進(jìn)氣候預(yù)報和氣候模型具有重要意義。

自衛(wèi)星觀測開始以來，北極海冰一直呈持續(xù)減少趨勢，而南極的情況長期被視為“例外”：幾十年間，南極海冰總體上緩慢擴(kuò)張。然而，這一趨勢在2015年底出現(xiàn)急轉(zhuǎn)直下——海冰面積突然大幅下降，此后年際波動明顯加劇。哥德堡大學(xué)牽頭的一項最新研究指出，這場突變的背后，與南大洋海水分層結(jié)構(gòu)被削弱以及異常強(qiáng)烈的冬季風(fēng)暴密切相關(guān)。

研究顯示，在2015年之前，南極海冰下方存在一層相對寒冷的“冬季水”，像一層“保護(hù)墊”，阻止更深處、溫度較高的海水上翻，從而避免從下方加速融冰。但2015年冬季，南大洋風(fēng)暴異常強(qiáng)勁，這些風(fēng)暴攪動了海水，削弱了原本穩(wěn)定的冷水分層結(jié)構(gòu)，使得深層暖水更容易與上層冷水混合，導(dǎo)致海冰在短時間內(nèi)快速消融。

海水的這種分層結(jié)構(gòu)源于溫度和鹽度差異造成的難以混合，這一過程被稱為“成層”。在南極，海冰的生成和融化會讓上層“冬季水”變得更淡，從而增強(qiáng)其與下方更溫暖、更咸海水之間的分層。正是這種海水成層結(jié)構(gòu)，在2015年之前長期幫助支撐了南極海冰的緩慢擴(kuò)張。然而，隨著時間推移，南大洋深層海水持續(xù)變暖，原本較厚的冬季水層不斷變薄，其對海冰的“隔熱”能力隨之減弱，為后來的突發(fā)性崩塌埋下伏筆。

“通過近20年的觀測數(shù)據(jù)，我們看到南大洋大片區(qū)域的冬季水層明顯變薄，這讓深層暖水有機(jī)會逼近海面。2015年的風(fēng)暴把海水強(qiáng)烈攪動，暖水與冷水層混合，保護(hù)層消失，海冰于是以創(chuàng)紀(jì)錄的速度融化。”研究第一作者、哥德堡大學(xué)前海洋學(xué)博士生西奧·斯皮拉（Theo Spira）指出。

由于地處偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣，南大洋觀測極具挑戰(zhàn)性。為獲取足夠的數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊使用了多種自動化觀測手段：一方面部署海洋機(jī)器人自主測量溫度和鹽度，另一方面給南象海豹佩戴傳感器，讓這些潛水深達(dá)數(shù)百米的大型海洋哺乳動物在日常活動中“順帶”采集數(shù)據(jù)。大約10個月后，傳感器便自動從海豹身上脫落并將數(shù)據(jù)傳回科研人員。

“這類數(shù)據(jù)非常寶貴，因為南象海豹通常生活在南極海冰內(nèi)部及其邊緣區(qū)域，能夠直接反映那里的海水成層狀況。冬季水在深海與海面之間扮演著熱量交換‘閘門’的角色。通過量化它的作用，我的研究識別出了一些在當(dāng)前氣候模型中缺失或表征較差的關(guān)鍵過程。”斯皮拉表示。

這項工作題為《風(fēng)觸發(fā)的南極海冰下降由冬季水變薄預(yù)先鋪墊》，于2026年3月18日發(fā)表在《自然·氣候變化》雜志上。研究強(qiáng)調(diào)，要理解未來南極海冰的演變趨勢，不能只盯住海冰本身的表面變化，更需要關(guān)注南大洋深層變暖如何通過改變海水成層結(jié)構(gòu)，為極端風(fēng)暴“打開通道”，從而在短時間內(nèi)重塑海冰格局。

從更廣泛的氣候視角看，這一發(fā)現(xiàn)意味著南極海冰對自然和人為氣候強(qiáng)迫的響應(yīng)，可能比此前認(rèn)識的更為敏感和非線性。一旦深層暖水持續(xù)上翻并頻繁突破“冷水盾牌”，南極海冰可能從長期緩慢變化快速轉(zhuǎn)入加速衰減狀態(tài)，給南大洋生態(tài)系統(tǒng)、全球海平面和氣候系統(tǒng)帶來更大的不確定性，也對改進(jìn)氣候模型的海洋過程刻畫提出了更高要求。