全球变暖下，楚科奇海冰为何逆势暴增中国科学报

在国家自然科学基金等项目资助下，中山大学教授赵羲、程晓和刘骥平联合同济大学教授刘忠方、德国阿尔弗雷德·韦格纳极地与海洋研究所教授Annette Rinke、北京大学教授李熙晨等科研人员，揭示了北极海冰变化中鲜为人知的区域复杂性。相关成果近日发表于《通讯-地球与环境》（Communications Earth & Environment）。

过去几十年，楚科奇海一直是北极海冰退缩最为剧烈的区域之一。然而，2024年9月，该海域南部出现了自2001年以来罕见的大范围海冰留存，累积海冰甚至一度阻塞东北航道。同期科考活动亲历了这一异常冰情：“中山大学极地”号破冰船在返航途中经历了约3小时的持续冰区航行；美国Norseman II研究船因不具备破冰能力，进入楚科奇海南部后被困冰中长达14天，脱困后被迫暂停任务并就近维修。

已有研究指出，2024年夏季强劲的异常北风所造成的海冰沿岸堆积和区域降温是海冰留存的直接原因。研究团队进一步发现，自2020年以来，楚科奇海南部夏季持续出现异常偏北风，海冰密集度和厚度随之回升。那么，2024年的异常冰情究竟是一次偶发的极端天气事件，还是2020年以来持续偏北风与海冰恢复累积作用的结果？

研究表明，2020-2024年夏季，北太平洋低压异常中心较气候态明显北移，并靠近白令海峡，对应楚科奇海南部持续的异常偏北风。该低压异常中心附近增强的空气上升有利于低云形成，减少到达海表的短波辐射；其西侧的冷平流将干冷空气输送至楚科奇海，同时削弱了北太平洋暖湿空气向极地的输送。此外，异常偏北风促使海冰向西伯利亚沿岸输送和聚集，较高的海冰覆盖率及夏季融水输入进一步维持了上层海洋的冷却状态。这些动力与热力过程协同作用，使楚科奇海夏季维持较低的能量收入。

极向移动的低压异常中心在2020-2024年间持续影响楚科奇海，使上述夏季冷却效应连续多年发生。每个融化季积累的偏冷热力背景延续至随后的冻结季，为海冰厚度恢复创造有利条件；经过多个夏季冷却的连续叠加，楚科奇海海冰厚度的季节性减少显著推迟。通常情况下，海冰厚度自5月开始下降，而2020-2024年这一过程推迟至6月初；到2024年，海冰厚度甚至持续增加至6月中旬。随着海冰覆盖增加，太阳辐射被反射的比例升高，海洋吸收热量减少；夏季融水输入亦强化了上层海洋的冷却。至2024年夏季，楚科奇海海表温度降至观测记录以来的较低水平。在较高冻结季冰厚以及持续偏冷的气温、海温共同作用下，海冰消融受到进一步抑制，最终形成夏末的大范围海冰留存。

上述促进海冰恢复的低压异常发生在夏季太平洋–北美遥相关（PNA）正位相背景下。已有研究显示，夏季PNA正位相通常伴随北极太平洋扇区暖湿空气向极输送增强，从而促进海冰消退。本研究进一步发现，2000-2024年间，夏季PNA指数与楚科奇海海冰变化显着相关，同时与北太平洋低压异常中心纬度呈显着相关。由于楚科奇海紧邻该低压异常中心，其海冰变化对低压中心的经向位置尤为敏感。低压中心位置的差异可导致楚科奇海产生迥异的局地动力和热力响应，既可能加速海冰消退，也可能延缓消融，表明楚科奇海对低压异常位置变化的敏感性不同于北极太平洋扇区其他区域。

在北极朝向“无冰之夏”的长期趋势下，2024年楚科奇海的大范围海冰异常留存，充分体现了北极海冰变化的区域复杂性。在“新北极”背景下，更薄、更年轻的海冰对极端天气过程也更加敏感。2024年的楚科奇海案例警示我们，即使在北极海冰整体减少的背景下，某些局部区域仍可能出现出人意料的海冰恢复甚至逆转。厘清这些区域性异常冰情的驱动机制，对于更准确地理解和预测未来北极海冰变化及其对北极航道通航的影响具有重要意义。