2014年南极洲周围出现大量海冰，有什么解释吗?

Question

从下面的数据可以看出，在过去一年左右的时间里(2014年)，南极洲周围的海冰已经远远高于正常水平。目前，南极海冰处于每年这个时候的历史最高水平，比正常水平高出134.4万平方公里(大约是西班牙、法国和德国的总和)。

有什么理由可以解释最近南极洲周围海冰的极度过剩吗?

数据的来源是美国国家冰雪数据中心2014年4月海冰新闻(上图)和伊利诺伊大学的“当今的冰冻圈(下面的图表)。

在上面的链接中，国家冰雪数据中心称“2014年4月南极海冰面积达到900万平方公里(347万平方英里)，是有记录以来最大的冰范围。”

更新6/30/2014：

现在，异常高的南部海冰已经达到了一年中任何时候的记录水平，比正常水平高出200多万平方公里。

Answer 1

2014年4月，南极海冰面积达到900万平方公里(347万平方英里)，是有记录以来最大的冰范围。

有什么理由可以解释最近南极洲周围海冰的极度过剩吗?

我将给出四个不同的答案:

1. 这并没有你想的那么明显。
2. 年代际太平洋涛动强烈地处于负相位。
3. 南纬环流模式处于1000年来的最高水平。
4. 自然和人为的变化共同导致了南极洲冰盖的融化。

这并没有你想的那么明显。

重要的是要记住“有记录以来最大的冰范围”意味着什么。“记录在案”的意思是在卫星时代．卫星时代之前(1981年以前)的数据相当参差不齐。但事实并非如此。

至少在南极夏季，有一个很好的海冰范围的代理，即捕鲸船捕获和建造工厂船的地点(Williams 1997)。在20世纪上半叶，捕鲸者寻找的是集中在南极海冰边缘的物种。到20世纪30年代初，捕鲸者已经形成了一种惯例，将工厂船只停泊在距离冰边缘20公里的范围内，并随着夏季的进展向南航行。这种做法持续了整个20世纪30年代，并在二战后恢复到50年代中期。这种做法后来在20世纪70年代中后期重新开始。挪威捕鲸船捕获的每条鲸鱼都标有日期、纬度和经度。在冰边缘附近开店的做法给了威廉姆斯一个估算前卫星时代冰范围的好方法。

威廉姆斯发现，在整个20世纪50年代和60年代，夏季南极海冰急剧减少。我们现在看到的冰层水平，至少在南极夏季，与80年前的水平相当。

年代际太平洋涛动强烈地处于负相位。

年代际太平洋涛动(IPO)与感知到的全球变暖中断高度相关，也与南极降水增加高度相关(Meehl 2013)。降水的增加意味着地表水的盐度降低(冰点增加)，温度降低。海洋表面温度的降低和盐度的降低结合在一起，使得在南极冬季IPO处于负阶段期间，冰的形成增加。

南纬环流模式处于1000年来的最高水平。

长期以来，人们一直怀疑强风是南极海冰水位上升的原因之一(Zhang 2007, Zhang 2014)。风有助于形成冰洞，即被冰包围的开阔水域。这片开阔的水域在南极的冬天很容易结冰。现在的风不仅很强，而且比至少1000年来的任何时候都要强(Abram 2014)。

自然和人为的变化共同导致了南极洲冰盖的融化。

正如降水的增加导致冰的形成，南极大陆冰盖的融化也会加剧。冰盖正在融化(Shepherd 2012, Rignot 2013)。GRACE卫星的重力测量以及ICESat的冰高测量共同表明，南极洲西部和南极半岛的质量正在减少，而且减少的速度明显高于南极洲东部冰盖质量的轻微增加。南极夏季寒冷淡水的涌入使得南极冬季海冰的生成增加。

参考文献

Abram, N.等人，“过去千年中南方环形模式的演化”，这一性质。改变, (2014)

Meehl, G.等人，“与年代际太平洋振荡相关的外部强迫和内部产生的年代际气候变化，”j .气候26(2013)， 7298-7310。

谢泼德等人，“冰盖质量平衡的和解估计，”科学338.6111(2012): 1183-1189。

里格诺特等人，“南极洲周围的冰架融化”，科学341.6143(2013): 266-270。

威廉,K。“从捕鲸记录来看，20世纪中期南极海冰范围突然下降，”自然389.6646(1997): 57-60。

张俊，“气候变暖对南极海冰的影响”，《科学通报》，20(2007)，2515-2529。

张俊，“气候变化对南极海冰体积的影响”，气候科学进展，27(2014)，202-214。

Answer 2

(注:这是基于我在文献中发现的。海冰不是我的专长。)

简单的回答是:我们不知道。

这可能与大气温度、风应力、降水、海洋温度、沿海多礁岩的变化或其他因素有关。解释观察到的行为的通常方法是通过模型。然而，模型目前还不能表示观察到的行为。

IPCC AR5 WG1报告第4章(Vaughan et al.， 2013)讨论了南极海冰。首先，由于你的问题涉及整个冬季海冰，需要注意的是，趋势随着季节和地点的变化而变化:

季节变化趋势主要在冰边缘附近显著，在南极洲附近的数值在正负之间交替。这种交替模式类似于之前所描述的南极环极波(ACW) (White和Peterson, 1996)，但ACW可能与趋势无关，因为罗斯海的趋势强烈为正，别陵高usen/阿蒙森海为负，而其他区域几乎没有趋势(Comiso等人，2011)。在冬季，南极半岛的尖端和威德尔海的西部明显出现了消极趋势，而罗斯海则普遍出现了积极趋势。春季的模式与冬季非常相似，而在夏季和秋季，负趋势主要局限于别林斯高森海/阿蒙森海，而正趋势主要出现在罗斯海和威德尔海。

^{(a)南极每日海冰范围的年代际平均图(红色为1979-1988年，蓝色为1989-1998年，金色为1999 - 2008年)，黑色为2009 - 2012年的4年平均每日海冰范围。地图显示了(b)冬季、(c)春季、(d)夏季和(e)秋季(更新自Comiso, 2010年)的冰浓度趋势(1979-2012年)。资料来源:Vaughan et al. (2013)}

Holland和Kwok(2012)最近发表了一篇关于这个主题的文章。在摘要中，他们总结道:

在过去的几十年里，南极洲周围的海冰面积略有扩大^1、2．这种微小的整体增长是不同部门中相反的更大趋势的总和，这些趋势被认为是由大气温度或风应力的变化造成的^{3 4 5}、降水^6、7、海洋温度8和大气或海洋反馈^9、10．

文章本身在付费墙后面。回到IPCC AR5 WG1第4章(Vaughan et al.， 2013):

罗斯海沿岸多礁范围的增加导致了冰产量的增加(潜热效应)，这是南极冰范围呈积极趋势的主要原因(Comiso等人，2011年)。Drucker等人(2011)表明，在罗斯海，净冰出口等于罗斯海波尼亚岛每年的冰产量(约400公里)^3.1992年)，冰产量增加了20公里^3.年¹1992年到2008年。

所以，到目前为止，我们能给出的最好答案是:我们真的不知道。

---

Vaughan, d.g.， J.C. Comiso, I. Allison, J. Carrasco, G. Kaser, R. Kwok, P. Mote, T. Murray, F. Paul, J. Ren, E. Rignot, O. Solomina, K. Steffen和T. Zhang, 2013:观测:冰冻圈。见:气候变化2013:物理科学基础。第一工作组对政府间气候变化专门委员会第五次评估报告的贡献[史丹，秦德华，郭志强。普拉特纳，M.提格诺，S.K.艾伦，J.博雄，A.诺尔斯，夏玉林，V.贝克斯，下午米底哥列(eds)]。剑桥大学出版社，英国剑桥和美国纽约。

霍兰德，保罗·R和罗恩·郭。“南极海冰漂移的风力驱动趋势。”自然地球科学5.12(2012):872-875。

Answer 3

我研究了1979年至2015年卫星时代南极海冰范围的趋势，包括夏季最小值(2月)和冬季最大值(9月)，没有发现统计上显著的趋势。请参阅:

http://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=2598152