在海冰减少的情况下，太平洋北极架海的风混合如何加速海洋变暖
由于气候变化，北极地区正在经历巨大的变化，比较直接的影响就是近几十年来海冰覆盖面积显著减少和冰盖变薄，随着冰盖的融化变薄，没有海冰反射阳光，冰反照率反馈加剧了变暖。北极变暖速度比全球平均速度快约三倍，这种快速变化主要是由于海冰融化，导致海洋表面变暗，吸收更多热量，加速变暖过程。
随着海冰覆盖范围的缩小，海洋上层更容易受到大气条件的影响，尤其是风的影响。由于这些变化，风驱动的海水混合如何演变，混合层的加深如何影响海洋分层和热交换动力学都是值得关注的问题。
当风能传递到海面，产生湍流，会影响海洋上层混合。而在北极，随着海冰减少，风可以直接与海面相互作用，这种情况变得更加明显。海洋的上部，由于风、浪和洋流的湍流，水在这里充分混合，真个混合层的深度（厚度）对于确定海洋和大气之间交换多少热量、营养物质和气体至关重要，更深的混合层会将更多的热量带入地表水，从而影响当地气候和生态系统动态。
目前，北极的海冰已开始变薄，冰层流动性更强，稳定性下降，海面风力混合作用会增强，当风混合加深混合层时，会破坏自然分层，这会对海洋环流、热量分布和营养物质可用性产生重大影响。
2018年，国家海洋环境预报中心、海洋灾害预报研究重点实验室的一项研究发现，更多的垂直混合会减少全年的海冰厚度，并降低夏季海冰浓度。更多的垂直混合导致北极盐跃层和下方的大西洋水层冷却，垂直混合的增加加速了垂直热量和盐度交换，将下层暖水和盐水带入表层，并导致海冰减少。北极盐跃层的垂直盐度梯度随着大西洋水层的淡化而降低，更多的盐水进入大西洋水层下方的深海。
研究表明，北冰洋分层的减弱导致了环流模式的调整，气旋环流异常发生在深度小于 20 米的表层和深度大于 700 米的内部海洋中，而反气旋环流异常则发生在这些深度之间。在变化的北冰洋中，更多垂直混合引起的额外热量和盐度交换将对上层海洋结构、海洋环流和海冰产生明显影响。
华盛顿大学海洋学院在2022年发表在Nature上的一项研究，利用涡流解析全球海洋模型来模拟和分析海洋冰热通量、海冰覆盖和上层海洋涡流之间的相互作用，研究人员重点研究了中尺度和亚中尺度海冰-海洋相互作用，这些相互作用在气候模型中通常无法解决，但可以显著影响海冰热通量。研究发现，海洋-冰热通量主要由局部和间歇性的海洋涡流、细丝和内波引起这些涡流偶尔会将温暖的地下水带入混合层，在那里它们直接与海冰接触，北极海冰的消失减少了上层海洋的耗散，从而导致了更多的能量涡流和海冰热交换的增强。研究结果表明，海冰融化导致海洋涡流更加活跃，进而增加了上层海洋热通量。
同年，2022年，挪威卑尔根海洋研究所一项关于北极分层和混合层深度循环的变化的研究中，研究人员使用新的3D海洋模型对1970年至2019年期间的北冰洋和北大西洋进行后验模拟，研究小组比较了两个时期（1970-1999 年和2010-2019 年）的数据，以确定分层和混合层深度的变化。研究发现，在1970-1999年和2010-2019年期间，大部分北极浅海架海和极地冰漂移核心的分层显著减少。输入到海洋表面的淡水减少，而输入到海洋的动量增加，这可以解释分层的减弱。
该研究还发现，由于垂直混合增加导致分层减弱，混合层在冬季变得更深；河流径流趋势对混合层深度影响不大，但改变了北极沿海环流。
近日，一项由华东师范大学河口海岸国家重点实验室领导的研究在Nature上发布，深入探讨了这些变化如何引发北极地区风混合增强和混合层加深的影响。研究人员利用1996 年至2021 年的水文观测和模型再分析 ，量化了夏季上部混合层的深度，并分析了其随海冰和大气强迫而发生的年际至十年间的演变。通过长期的数据收集和分析，他们能够识别上层海洋动力学主要驱动因素的变化。
研究发现，2006年之前，由于海冰损失和地表变暖，夏季混合层变浅。然而，2007 年之后，由于无冰期变长、风致混合增强以及冰融水输入减少，混合层呈加深趋势。这些发现凸显了太平洋北极陆架海上层海洋动力学的根本性转变，对海洋生态系统具有重要影响。
研究表明，海冰减少具有双重影响。首先，它削弱了海洋表面的隔热性；其次，它增强了风驱动的湍流，从而破坏了上层海洋分层，这会导致混合层更深，从而导致地表水变暖并改变驱动北冰洋洋流的环流模式。这些变化还会影响营养物分布、当地生态系统，并可能进一步加速气候反馈回路。
思考：
随着海冰持续减少，风力混合在改变海洋垂直结构方面的作用变得更加关键，风力混合将如何影响快速变暖的北极地区的长期海洋分层？风驱动混合和冰反照率变化之间的反馈机制是什么？风可以更深地混合海洋层，但这如何影响动态冰反照率反馈回路中的海冰形成和融化？
参考文献：Yuanqi Wang, Zhixuan Feng, Peigen Lin, Hongjun Song, Jicai Zhang, Hui Wu, Haiyan Jin, Jianfang Chen, Di Qi & Jacqueline M. Grebmeier ，Enhanced wind mixing and deepened mixed layer in the Pacific Arctic shelf seas with low summer sea ice. Nature Communications volume 15, Article number: 10389 (2024) ，doi.s41467-024-54733-w
申明：内容来源于海洋资源ocean-resource创作，未经允许，不得转载，海洋资源ocean-resource保留追究法律责任的权利。