为什么南极冰盖上的积雪持续减少？主要是什么导致的？
南极冰盖作为地球上最大的淡水储存库，其质量变化直接影响全球海平面高度，过去几十年的观测表明，南极冰盖正在加速消融，尤其是西南极洲和南极半岛地区，然而，对于面积更为广阔的东南极洲，其质量平衡状况一直存不确定性。近日，Nature上的一项研究，通过连续15年的实地观测数据，首次揭示了东南极内陆地区表面质量平衡的显著下降趋势，为什么会这样呢？
南极冰盖的物质平衡由表面物质积累与物质损失共同决定。表面物质平衡（Surface Mass Balance, SMB）是指通过降雪积累的物质减去因升华、风吹雪等过程损失的物质，准确评估表面物质平衡对预测南极冰盖对海平面变化的贡献至关重要。
表面物质平衡公式如下，其中 是某一位置的雪积累速率，单位：kg/m²/yr，是指表面物质平衡的直接观测值； 是测量标杆露出雪面的高度变化，反映雪的净积累或消融； 是雪的密度，通过体积-重量法测量。该公式将简单的几何测量转化为物质通量，为量化冰盖质量变化提供了直接依据。
过去的研究主要依赖卫星遥感和短期局部测量，这些数据表明东南极冰盖近几十年来表面物质平衡可能保持稳定或略有增加，然而，这些方法存在局限性，比如卫星数据需要复杂的校正，而短期局部测量容易受到局部扰动影响，难以反映大尺度变化。
为了更准确研究南极冰盖表面物质平衡情况，中国极地研究中心等多个机构基于2005-2020年间在中山站至南极冰盖最高点冰穹A的1250公里剖面上建立了密集的观测网络，从2005年开始，并进行了连续15年到2020年的监测，根据标桩高度变化的测量结合雪密度数据，计算出地表积雪率变化情况。
研究发现，15年间，东南极内陆地区的表面质量平衡以每年-2.01±0.37 kg/m²的速度下降，累计减少了35.5%。从海岸向内陆，表面积雪率呈现明显的空间变化，2005-2020年间，近海岸200公里区域平均积雪率最高，达180.9±65.2 kg m⁻² yr⁻¹；300-500公里区域积雪率迅速下降；冰穹A区域积雪率最低，仅36.6±15.6 kg m⁻² yr⁻¹，约为海岸值的20%。
东南极距海岸约600公里至冰穹A的内陆地区约80%的观测点呈现积雪率负趋势。内陆区域积雪率减少趋势更为明显，15年间平均趋势为-2.01±0.37 kg m⁻² yr⁻²，在观测期内，内陆区域表面物质平衡减少了35.5%。
图：中山-冰穹 A 研究横断面SMB的时空趋势🔽
a、2005–2020 年从海岸到穹顶 A 的积雪率空间分布。每个点都是 SMB 值的平均值（n =15），误差线标记 1 个标准差。红色实线是 10 公里（n =5）的运行平均值。b 、使用线性回归量化研究横断面上空间变化的年平均 SMB 趋势。y轴表示起始位置，x轴表示终止位置；x = y表示每个点的确切 SMB 趋势。紫色虚线和黄色“600 公里”文本突出显示了横断面上 600 公里处的特定参考点。黑色符号表示在P < 0.01 和P < 0.05（双侧t检验）时显著的趋势。c 、研究横断面上 200 公里运行的年平均 SMB 趋势。d，使用普通最小二乘线性回归量化的200公里跑步平均SMB趋势的显著性水平。蓝色和黑色虚线分别代表P = 0.05和P = 0.01（双侧t检验）。CI，置信区间。
为什么东南极内陆地区的积雪积累会持续减少呢？研究团队分析了不同高度的大气环流变化及其对水汽输送的影响，揭示了背后的物理机制。
2005-2020年间，南半球极地高层大气急流层急流风速显著增强，特别是在南印度洋区域（60°E-90°E），急流还出现了向极移动的趋势，这种增强在6-8月最为显著，增强的西风环流导致从低纬度向高纬度的经向水汽输送减弱，减少了南极地区可降水汽量。
而在中层500 hPa高度区域，南印度洋上空的500 hPa位势高度呈现显著下降趋势，区域低气压系统加深，这种变化增强了研究区域从内陆向海岸的东南风异常，削弱了向极地的水汽输送。
与中层环流变化一致，基于ERA5数据显示，2005-2020年间东南极内陆地区近地面风场离岸风增强，这些增强的离岸风不仅减少了水汽向内陆输送，还可能增加了地表雪的升华和风蚀速率，进一步降低表面物质平衡。
此外，研究通过分析1979年以来的ERA5数据发现，研究区域最显著的15年降水减少趋势恰好出现在2005-2020年期间，与观测到的表面物质平衡趋势一致。但ERA5数据显示最近的2020-2024年几年间降水有所增加，这与东南极部分地区近期报告的表面物质平衡正异常一致。
这项研究提供了东南极内陆冰盖表面物质平衡持续减少的直接观测证据，挑战了之前认为东南极冰盖表面物质平衡稳定或增加的认知。同时，揭示了环流变化的影响机制，增强的极地急流和极涡收缩削弱了经向水汽输送，低气压加深增强了研究区域的离岸风，进一步减少水汽向内陆输送，这些变化可能由热带海温异常激发的静止罗斯贝波影响，与南半球环状模的正位相也有关系，在正相期间会加强南极洲周围的西风带，这加剧了极地急流的南移。
图：研究区南高纬度地区大气环流变化及其对降水影响的总结🔽
对流层上部的纬向急流增强和极移削弱了对流层上部水蒸气向高纬度地区的经向输送。南印度洋东部低压系统的加深增强了研究区域内的离岸风，导致低纬度水蒸气向内陆的平流减少。所有这些大规模大气环流异常都会导致降水减少，进而导致地表积雪率下降。黄色轮廓线勾勒出具有显著线性回归趋势的区域（P < 0.05，双侧t检验）。上图为 2005–2020 年 ERA5 250 hPa 风速趋势。黑色箭头表示平均风场；灰色箭头表示风异常；灰色圆形箭头表示纬向急流的方向。中图为 2005–2020 年 ERA5 Z500 趋势和风异常。灰色箭头表示风异常；蓝色箭头表示离岸风向；红色箭头表示陆上风向；黄色圆形箭头表示气旋旋转。下图为2005-2020年ERA5地表降水趋势。灰色箭头表示离岸风向；蓝色矩形突出显示了东南极洲降水显著减少的关键区域。
❓思考题：导致东南极内陆积雪减少的主要原因是？
A.全球变暖直接融化冰雪
B.高层西风增强和南印度洋低压加深
C.南极火山喷发覆盖了积雪
D.企鹅活动破坏了冰面
参考答案：（点击查看）
B.
解析：研究发现，极地急流增强削弱了水汽输送，同时南印度洋低气压系统加深增强了离岸风，两者共同导致降雪减少。
参考文献：Wang, D., Ma, H., Li, X. et al. Sustained decrease in inland East Antarctic surface mass balance between 2005 and 2020. Nature Geoscience. 18, 462–470 (2025). https://doi.org/10.1038/s41561-025-01699-z