近日，由北京師范大學、中國氣象科學研究院和韓國極地研究所組成的國際合作團隊在《環境研究快報》刊發最新研究成果。該研究首次發現該區域強下降風事件增多，并系統揭示了南極特拉諾瓦灣冰間湖面積擴張與強下降風增強之間的直接聯系，為理解南極海冰變化的大氣驅動機制提供了關鍵證據。
南極特拉諾瓦灣冰間湖。（丁明虎 供圖）冰間湖是極地海冰覆蓋區中終年不結冰的開放水域，被稱為“南極的海冰工廠”，在全球海洋熱交換和調控全球氣候的南極底層水形成過程中扮演著核心角色。位于羅斯海的特拉諾瓦灣冰間湖是南極最大的冰間湖之一。
研究團隊綜合利用現場氣象觀測、衛星遙感和再分析數據發現，從2013年到2022年，特拉諾瓦灣冰間湖的海冰密集度呈現下降趨勢，意味著冰間湖面積正在擴張。其中，面積增幅最為顯著的月份是7月（擴張速率達198.87平方公里/年）、5月（148.62平方公里/年）和10月（115.44平方公里/年）。
研究表明，強強下降風是驅動該冰間湖變化的重要因子，來自Reeves、David和Priestley冰川的寒冷空氣，在重力作用下沿地形加速下沖，并于特拉諾瓦灣匯集，在Drygalski冰舌的阻擋作用下，形成強勁且持續的離岸風。這種風將新形成的海冰持續推向海洋，維持了冰間湖的存在。
通過對Manuela、Mario Zucchelli和RossSea-CAMS三個氣象站觀測的分析，研究人員發現強下降風事件多發于春、秋、冬季，而夏季較少。
統計分析揭示了冰間湖面積與強下降風持續時間之間存在顯著的正相關關系。“我們發現，在年際時間尺度上，兩者在秋季的相關系數高達0.85，在冬季和夏季也分別達到0.59。這表明強下降風是控制冰間湖面積年際變化的主要因素之一。”論文的通訊作者之一毛睿解釋道。
為了揭示背后的物理機制，研究團隊進行了海冰體積生消過程分析。結果表明，在強下降風事件期間，風的動力作用通過海冰平流和輻散，迅速將海岸邊的海冰移走，導致冰間湖擴張。與此同時，極寒的大氣環境又會通過熱力過程不斷生成新的海冰。盡管熱力作用在全年海冰生成中占主導地位，但在強風頻發的春季、秋季和冬季，風的動力作用對于海冰的清除和冰間湖的維持變得至關重要。
該研究進一步將局地風力的變化與全球尺度氣候模態聯系起來。研究發現，強下降風事件的增多與正位相偏強的南極濤動有關。當南極濤動處于正位相時，會加深并使其西南方向的阿蒙森海低壓發生偏移，從而增強了南極內陸高原與海岸之間的氣壓梯度力，為強下降風的形成和加強創造了有利的大氣環流條件。
論文主要作者之一丁明虎指出：“這項研究從過程機理上解釋了特拉諾瓦灣冰間湖的長期變化。鑒于冰間湖對南極底層水生成的重要性，其變化會進一步影響全球海洋環流。未來的工作需要評估這一機制在南極其他沿岸冰間湖的普適性。”
該研究成果不僅深化了對南極海冰-大氣相互作用的認識，也為預測未來南極冰間湖變化及其對全球氣候系統的潛在影響提供了科學依據。
相關論文信息：https://doi.org/10.1088/1748-9326/ae06bb
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