夏季西风增强如何加速南极冰架融化，暖涡输送在气候变化中的作用

研究海洋在推动南极冰盖变化方面的作用是一个快速发展的领域，特别是当我们观察到气候变化对全球海平面的影响时。最近的一项新的研究深入探讨了海洋环流模式、暖涡输送以及随后对南极冰架动力学的影响之间的相互作用。这项研究强调了由于气候变化而加剧的夏季西风增强如何导致南极冰架周围的暖涡活动增加，这对冰盖融化速度和未来海平面上升预测具有深远影响。

暖涡输送背后的机制

在南大洋，水团的循环在热量、营养物质和淡水的分布中起着核心作用。该系统的一个关键参与者是环极深水 (CDW)，这是一种环绕南极大陆的暖水团。研究发现，CDW 对影响南极冰架的基底融化速度至关重要。当 CDW 侵入冰架下方时，它会提供热量，加速下方冰的融化，导致冰架变薄和潜在的不稳定。

涡流（海洋中的局部涡旋）是规模较小的环流，根据其结构，可以将热量输送到冰架或从冰架输送出去。在暖涡输送的情况下，这些涡流将暖水从较深的海洋层输送到冰架前沿，在那里与浮冰相互作用。当涡流接近冰架时，它们会导致严重的基底融化，随着时间的推移，这会削弱冰架的结构完整性，并导致冰流失到海洋中。

这些暖涡入侵是对海洋条件变化的反应，包括表面风的强度和模式。当南大洋的西风增强时，它们会促进 CDW 的上升，进而引发冰架附近暖涡的形成。这个过程在南半球夏季风最强时最为活跃，从而增加了流向冰架的热通量。

近几十年来，全球变暖导致南大洋周围的西风增强，改变了海洋环流的动态。随着这些风的增强，它们不仅有助于 CDW 的上升，而且还增强了涡流驱动的向冰架的热量输送。

新的研究发现

自然资源部第一海洋研究所主导的一项新的研究，研究人员使用了2013 年至2015 年期间收集的地下系泊和水文剖面的详细观测数据，通过分析这些数据，他们确定了夏季西风增强与暖涡旋输送活动增强之间的相关性。

研究发现，当夏季西风增强时，它们会促进极地深水 (CDW) 的涌入和暖涡的形成。这些涡流在将暖水输送到南极冰架方面发挥着关键作用。这种暖涡流输送机制在夏季西风较强时最为活跃，对到达冰架的热量有直接影响。这些暖涡入侵具有持久性，这意味着它们会在很长一段时间内持续发生。这种持久性与短暂事件形成鲜明对比，表明暖涡机制可能对冰架稳定性产生长期影响，而不是暂时现象。

通过这些涡流输送的暖水会加速冰架的融化，尤其是冰架底部的融化。输送到冰架的暖水会破坏冰架的稳定性，导致冰架变薄，甚至可能崩解。随着大气持续变暖，这种影响可能会加剧，导致冰架进一步不稳定，海平面上升。

这项研究证明了大气环流（西风带）和海洋动力学（涡流形成）之间的反馈回路。随着西风带因气候变化而加强，它们会促进暖涡流的形成，而暖涡流又会影响海洋热通量，从而可能加剧冰架融化，形成一个自我强化的循环。

研究表明气候变化在加速南极冰架融化的过程中发挥了直接作用。通过改变风向和洋流，全球变暖本质上是在放大暖水进入冰架下方的机制，从而增加冰架融化的可能性。这些暖涡流可以持续更长时间，这进一步加剧了对冰架稳定性的长期影响。

对南极冰架的影响

南极冰架是该大陆整体冰动力学中的关键结构。这些漂浮的冰盖充当屏障，减缓冰川从大陆内部流向海洋的速度。然而，当这些冰架因温暖的海水而发生基底融化时，它们的质量会更快损失，这会导致冰更快地排入海洋。这一过程是海平面上升的主要因素之一，因为曾经有助于冰盖稳定性的冰现在融化并增加了海洋体积。

冰架下方的暖水会导致融化加剧。研究结果表明，当夏季西风较强时，暖水的流入量会更大，从而加速融化过程。

这种运输的持续性令人担忧，尤其是在较温暖的月份，因为这意味着冰架可能会经历持续甚至加速的融化，持续时间比之前预期的要长得多。这对冰架的稳定性以及整个南极冰盖的稳定性具有重要影响。

暖涡输送的影响并不均匀地分布在所有南极冰架上。由于南极洲不同地区独特的水深和海洋条件，它们对这些海洋变化的敏感度各不相同。

冰架响应的变化是了解南极冰损失区域动态的关键因素。与更偏远的南部地区相比，靠近南极半岛的地区已经受到区域变暖的影响，其冰动态变化可能会更迅速、更剧烈。这些差异凸显了区域研究的重要性，可以预测各种冰架将如何应对持续的气候变化和不断变化的海洋环流模式。

对全球气候系统的更广泛影响

南极冰架融化可能会对全球海平面上升产生重大影响。随着冰架变薄并分裂，它们会让后面的冰川以更快的速度流入海洋，从而增加进入海洋的冰量。这一过程被称为动态变薄，是未来几十年海平面上升的主要驱动因素。

虽然浮冰架本身的融化不会直接导致海平面上升（因为它们已经在水中），但不稳定之后的冰川流动可能会导致大陆大量冰损失。这项研究表明，如果暖涡输送因气候变化而继续增加，它可能会加速南极冰架的不稳定，从而对海平面上升产生更大、更快的贡献。

此外，南极冰盖长期变化的可能性也可能引发反馈机制，从而加速冰损失的速度。例如，随着冰架上冰的流失，其后的陆地冰受到的限制越来越少，冰川流速加快，进一步加速了这一过程。

暖涡流向冰架的增强输送也与地球气候系统中更广泛的反馈机制有关。随着冰架融化，它们将淡水释放到南大洋，这会影响海洋盐度和密度，从而可能改变全球热盐环流。这反过来又会影响南大洋以外的海洋温度和环流模式，可能对全球气候系统产生影响，特别是在热带和北纬地区。

此外，冰架的消退还可能影响周围海洋的反照率，改变阳光的吸收和反射方式。这些变化虽然在短期内可能很小，但也可能对区域气候模式产生更大规模的影响，特别是在南半球。

思考

变化的大气环流模式如何影响十年至百年时间尺度上的暖涡旋动力学？暖涡流在南极冰架基底融化中起到什么作用？涡旋粘度和湍流混合等不同物理过程如何影响CDW的输送和分布？这些影响是否会延伸到更深的海洋层？它们对表面冰动力学有何反馈？

参考文献：Libao Gao, Xiaojun Yuan, Wenju Cai, Guijun Guo, Weidong Yu, Jiuxin Shi, Fangli Qiao, Zexun Wei & Guy D. Williams ，Persistent warm-eddy transport to Antarctic ice shelves driven by enhanced summer westerlies.  Nature Communicationsvolume15, Article number: 671 (2024)，doi.s41467-024-45010-x

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