21世纪南极海冰，极端海冰减少可能成为常态？
从 1979 年到 2016 年，南极海冰面积稳步增加，然而自2016 年之后这一趋势发生了逆转，2017-2024 年期间夏季海冰面积创下历史新低，这些极端事件引发了关于南极海冰系统是否发生结构性变化的讨论，是否这些极端海冰事件会持续的发生。
南极海冰的变化
南极海冰主要通过海洋底部的冷水流动来维持稳定，是影响南极乃至全球气候系统的关键组成部分，在2022年《Nature》的一项研究，20 世纪早期和中期大部分时间的海冰统计显著减少，但自 1979 年以来，南极海冰总面积呈现显著的正增长趋势。
在 1979-2016 年期间，卫星观测到的南极海冰总面积呈现出小幅、统计显著的正趋势，但在2017 年年后，这种正增长趋势变得微不足道，在2022年后海冰面积减少后，这种趋势一直持续到2024年，这种极不寻常的变化引发了人们对南极海冰系统发生根本性变化的猜测。
2021年的一项《Nature》上的一项研究对这一减少的异常现象进行了研究，研究发现，海冰减少可能是数十年来海洋变暖趋势和早春向南的大气热量平流相互作用的结果，以及晚春南半球中纬度西风的异常减弱。
❓趣味问答：为什么南极海冰的面积在不同的时期会有显著的增加和减少？（想挑战一下？点击试试看吧）
A. 南极海冰的面积变化是由海底火山的爆发引起的，火山活动影响了海水温度。
B. 南极海冰的面积变化与南极洲的冰川活动周期相关，冰川前进时海冰减少，后退时海冰增加。
C. 南极海冰的面积受气候变化的驱动，但每个周期的变化都取决于风速、海洋温度和冰盖动力学的交替作用。
D. 南极海冰面积的变化与全球污染程度直接相关，污染增加时海冰面积扩大。
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C. 解析：南极海冰的面积并不是单一因素导致的，而是多种气候和环境因素交替作用的结果，包括风速、海洋温度和冰盖的动力等。例如，风向和强度的变化会影响海冰的分布，温暖的海水则可能导致部分区域海冰减少，此外，冰盖本身的动态也会影响海冰的形成和消失。
新的研究发现
为了探究21世纪观察到的海冰减少极端事件是否是海冰结构发生了变化，未来海冰异常减少时间是否会持续性的增加。今日，一项新的研究采用贝叶斯统计框架，结合1905年至2020年历史气象数据和1979年至2024年的卫星观测数据，重建了20世纪以来南极海冰范围的月变化情况。
研究利用贝叶斯方法计算极端事件在20世纪发生的概率，使用自回归移动平均模型（VARMA）对对海冰范围进行重建，生成2500个可能的历史海冰范围序列，分析海冰异常的持久性变化，评估海冰系统是否发生了结构性变化。
图（点击查阅）：20 世纪南极海冰范围异常（1905年至1978年9月）与卫星观测的海冰范围异常（1979年至2023年）的集合重建
图示说明：单个重建图用浅灰色表示（共有 2500 个，因此显示为黑色）；单个重建图的平均值用红色表示，观测到的海冰用蓝色表示。由于红色曲线是 2500 个重建图的平均值，因此其变化比单个重建图（黑色）小得多。我们的分析使用单个重建图，因为它们更好地涵盖了海冰范围的变化范围。单位为百万平方公里。请注意垂直轴的不同比例。
研究发现，类似于2014-2016年南极海冰范围下降4.18百万平方公里的极端事件在1899-1979年间的发生概率仅为0.32%，类似地，2017年、2022年和2023年的夏季最小范围在20世纪的发生概率分别为7%、6.2%和1.3%。这些结果表明， 21 世纪观察到的极端事件在 20 世纪极不可能发生。
通过贝叶斯框架下的ARMA模型分析，发现持久性系数（ρ）自2000年以来持续上升，2020年后达到极高水平，海冰系统表现出非均值回归的特征，这意味着海冰异常的影响可能长期存在，而不是像过去那样迅速回归到均值状态。
图（点击查阅）：随时间推移持久性ρ的演变估计：
图示说明：红色虚线是当时持续性的上下逐点 95% 可信区间。该模式表明，自 2000 年左右以来，持续性稳步上升，并在 2020 年后达到非常高的水平。
通过重建数据和卫星观测数据的综合分析，发现21世纪的海冰变化与20世纪的显著不同。虽然 20 世纪海冰总面积有所减少，但这种变化并不是结构性的，相比之下，21 世纪南极海冰总量的极端异常是结构性变化的表现，即从 21 世纪初开始，这种变化的持久性有所增强。
研究也指出，这种根本性变化很可能与大气变化无关，因为大气变化往往会导致短期变化，这种根本性的结构变化可能与持续的次表层海洋变暖有关，归因于温室效应。
研究表明，过去的海冰行为可能无法用于预测未来的海冰状态，极端条件可能成为常态。南极海冰系统的长期可预测性降低了，正在被具有强持久性的短期可预测性所取代。
❓思考题：以下哪个选项最能解释南极海冰系统在21世纪发生的结构性变化？（想挑战一下？点击试试看吧）
A. 大气环流的短期波动
B. 海洋次表层持续变暖
C. 太阳活动的周期性变化
D. 人类活动的直接影响
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B.
解析：研究表明，南极海冰系统的结构性变化可能与海洋次表层的持续变暖有关，而不是大气环流的短期波动。海洋变暖的影响具有长期性和持续性，这与研究中发现的海冰异常持久性增加的特征一致。
思考
大气、海洋和冰架之间的相互作用如何影响海冰动力？
参考文献：Marilyn N. Raphael, Thomas J. Maierhofer, Ryan L. Fogt, William R. Hobbs & Mark S. Handcock ，A twenty-first century structural change in Antarctica’s sea ice system. Communications Earth & Environment volume 6, Article number: 131 (2025) ，doi：10.1038/s43247-025-02107-5