海洋所在北極海冰快速衰退機(jī)理方面研究取得系列進(jìn)展
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋熱力學(xué)過(guò)程與氣候變化研究組聯(lián)合中國(guó)極地研究中心、中國(guó)海洋大學(xué)等多個(gè)科研團(tuán)隊(duì),在北極海冰衰退機(jī)制研究方面取得系列重要進(jìn)展,系統(tǒng)揭示了氣候變暖背景下海冰消融與補(bǔ)充過(guò)程的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素及其區(qū)域氣候關(guān)聯(lián)。相關(guān)成果已發(fā)表于Communications Earth & Environment, npj Climate and Atmospheric Science, Environmental Research Letters, JGR-Atmospheres, Journal of Climate等國(guó)際期刊。
研究團(tuán)隊(duì)基于2000~2023年衛(wèi)星觀測(cè)資料,首次系統(tǒng)量化了北極多年冰(MYI)面積變化中各貢獻(xiàn)機(jī)制的相對(duì)作用,包括輸出、融化、變形及補(bǔ)充過(guò)程(圖1和2)。結(jié)果表明,多年冰的凈損失主要?dú)w因于2005~2007年持續(xù)的補(bǔ)充不足,而近年來(lái)融化與變形過(guò)程的加劇則使其維持在低覆蓋狀態(tài)。在大氣環(huán)流方面,偶極子異常(DA)和北大西洋濤動(dòng)(NAO)是調(diào)控多年冰變化的關(guān)鍵模態(tài),而北極濤動(dòng)(AO)的影響不顯著(Hu et al., 2026,JGR-A)。

圖1?北極多年冰補(bǔ)給異常時(shí)期對(duì)應(yīng)的夏季海平面氣壓及500hPa位勢(shì)高度異常

圖2?北冰洋太平洋扇區(qū)出現(xiàn)大范圍多年冰融化消失現(xiàn)象
研究還發(fā)現(xiàn),北極多年冰的補(bǔ)充區(qū)域呈現(xiàn)顯著的極向擴(kuò)張趨勢(shì)(圖3),這一變化主要受西伯利亞高壓與北美低壓配置驅(qū)動(dòng)的大尺度大氣環(huán)流調(diào)控。同時(shí),中央北極海冰厚度下降、弗拉姆海峽海冰輸出減少,以及夏季融化條件對(duì)多年冰補(bǔ)充影響的日益增強(qiáng),均表明海冰對(duì)氣候變暖的脆弱性高于以往認(rèn)知(Bi et al., 2026, ERL)。在太平洋北極區(qū),冬季多年冰面積正加速減少,該區(qū)域已由多年冰輸出區(qū)轉(zhuǎn)為輸入?yún)^(qū),其輸運(yùn)與熱力增長(zhǎng)受到北極偶極子異常環(huán)流(DA)的調(diào)控(Liang et al., 2025,GRL)。

圖3?衛(wèi)星數(shù)據(jù)揭示的北冰洋多年冰補(bǔ)給的向極擴(kuò)展趨勢(shì)
另一重要研究指出,近年來(lái)北太平洋海溫升高通過(guò)激發(fā)羅斯貝波列影響北極大氣環(huán)流(圖4),減緩了北極夏季海冰的減少趨勢(shì)(Yu et al., 2025, CEE),體現(xiàn)了北太平洋—北極跨區(qū)域氣候關(guān)聯(lián)的重要調(diào)節(jié)作用。

圖4?北太平洋海水升溫對(duì)北極偶極子大氣環(huán)流模態(tài)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制
此外,研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)海洋大學(xué)陳顯堯教授團(tuán)隊(duì)合作,在北極極端天氣及其對(duì)海冰影響方面亦取得系列進(jìn)展?;贛OSAiC觀測(cè)與多模型分析,研究揭示了天氣尺度上氣旋對(duì)海冰變化的影響機(jī)制:氣旋引起的動(dòng)力過(guò)程(冰變形與輻散)對(duì)海冰厚度變化的貢獻(xiàn)(日均4.14 cm)遠(yuǎn)高于熱力過(guò)程(日均0.45 cm),動(dòng)力過(guò)程的貢獻(xiàn)占比可達(dá)84%(Liang et al., 2025,JC)?;贑MIP6模型的未來(lái)預(yù)估表明(圖5),北極氣旋活動(dòng)整體呈減弱趨勢(shì),但存在季節(jié)與區(qū)域差異:冬季氣旋減少主要源于副極地北大西洋本地生成的減弱,夏季則與中緯度氣旋北侵減少有關(guān)。這些認(rèn)識(shí)深化了對(duì)氣旋–海冰耦合過(guò)程的理解,為北極氣候變化的預(yù)測(cè)提供了關(guān)鍵依據(jù)(Chen et al., 2026, npj-CAS)。

圖5?氣候變暖背景下的北極氣旋活動(dòng)演變
以上系列成果顯著深化了對(duì)北極海冰變化機(jī)制及其氣候關(guān)聯(lián)的認(rèn)識(shí),為預(yù)測(cè)未來(lái)海冰演變及評(píng)估全球氣候影響提供了重要的科學(xué)支撐。論文主要作者包括中國(guó)科學(xué)院海洋研究所畢海波研究員、李元龍研究員,中國(guó)海洋大學(xué)陳顯堯教授、梁鈺副教授,以及中國(guó)極地研究中心于樂(lè)江研究員等。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、海洋所自主部署等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文信息:
Bi H., & Yu L. (2026). Satellite observations reveal a significant poleward expansion of the multiyear sea ice replenishment in the heart region of Arctic Ocean.?Environmental Research Letters,?21(1), 014003.
Hu M., Bi H.* and Li Y., (2026) Mechanisms and Atmospheric Drivers of Arctic Multiyear Sea Ice Loss, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, doi: https://doi.org/10.1029/2025JD044859.
Yu L., Bi H.*, Zhong S., Zhang P., & Sui, C. (2025). Decelerated Arctic Sea ice loss triggered by accelerated North Pacific warming over the past decade. Communications Earth & Environment, 6(1), 922.
Liang Y, Bi H, Chen X*, et al. (2025). The pacific arctic region has become a sink for multiyear sea ice coverage[J]. Geophysical Research Letters, 52(16): e2025GL117093.
Liang, Y., Lei, R., Bi, H., & Chen, X*. (2025). Response of changes in sea ice thickness to cyclones: new insights from the MOSAiC expedition. Journal of Climate, 38(22), 6709-6726.
Chen, Y., Liang, Y., Chen, X.*, & Bi, H. (2026). Arctic cyclone activity changes under a warming climate.?npj Climate and Atmospheric Science. 9(23).https://doi.org/10.1038/s41612-025-01296-2
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