南极海冰的日益扩大的缺口会怎样影响全球气候？

1974年，从NOAA卫星获得的图像揭示了一个令人费解的现象:在南美洲南部的威德尔海的冬季海冰上，有25万平方公里的缺口，被称为“冰间湖”，这个现象持续了三个冬季节的时间。从那以后，就再也没有看到过南极洲周围广阔的无冰区域了，尽管去年人们看到了一些小的“冰间湖”。

在对气候模型的新分析中，西班牙海洋科学研究所和约翰霍普金斯大学的研究人员揭示了这些看似反常的“冰间湖”所能产生的显著的全球效应。他们的发现表明，通过这些缺口从海洋中逃离的热量会影响到全球的海洋和大气温度和风模式，甚至热带地区的降雨。尽管这一过程是气候变化的自然模式的一部分，但它对全球气候如何应对未来全球变暖的影响有一定的影响。

宾夕法尼亚大学地球与环境科学学院的研究作者兼助理教授Irina Marinov介绍说“在南大洋的海冰上，这种微小的、孤立的缺口可能具有重大的、大规模的气候影响，气候模型表明，在多年和几十年的时间里，整个大气层都在变暖，我们看到南半球的风发生了变化，赤道的雨带也发生了南向变化。”这是由“冰间湖”引起的。

Marinov与巴塞罗那海洋科学研究所的海洋学家安娜·卡布尔以及约翰·霍普金斯大学地球与行星科学系的Anand Gnanadesikan教授合作了这项研究，并发表在《气候杂志》上。

通常情况下，南半球的冬季南大洋被冰覆盖，在北大西洋和赤道的温暖的地下水域与寒冷的地表水混合在一起的时候，就会出现“冰间湖”，这一过程被称为“开放的海洋对流”。

直到最近，气候学家和海洋学家认为，热带地区的大气和海洋环境是影响热带以外环境的主要因素。但在过去的几年里，Marinov和合作者以及其他人已经证明了相反的观点:南大洋在影响热带和北半球的气候中起着重要的作用。

在目前的工作中，Marinov和他的同事们使用了强大的模型来模拟过去和未来的气候，以确定“冰间湖”的影响如何在全球范围内波动。

他们的模型表明，“冰间湖”和伴随的开放海洋对流大约每75年发生一次。研究人员观察到，当它们发生时，它们作为海洋热量的释放阀。不仅直接区域温度升高，而且整个南半球的海平面和大气温度也会增加，北半球次之。

南北温度梯度的变化也会导致风的变化。马林诺夫说:“我们认为，南半球的西风带和信风的变化正在减少，从而影响风暴、降水和云。”

在这些变化中，降水变化是热带辐合带的变化，赤道带是信风交汇的赤道带，造成了强烈的降水。当“冰间湖”出现时，这条雨带向南移动了几度，并在那里停留20到30年，然后才移回来。

Marinov说:“这影响了印尼、南美洲和撒哈拉以南非洲的水资源。气候的自然变化可能会影响到世界人口稠密地区的农业生产。”

考虑到南大洋现象的广泛影响，Marinov强调了在该地区加强监测的必要性。她是南部海洋碳和气候观测和建模协会的，他们将机器人漂浮在南大洋上收集海洋温度、盐度、碳、营养和氧气的数据。

Marinov的团队和合作者早期的研究表明，在气候变化的情况下，“冰间湖”可能会变得不那么频繁。当海冰融化时，它会使海面的表层变得更加明亮，使它变得更轻，更不可能与较沉的水底水域混合。Marinov指出，从上世纪70年代中期到去年，没有任何重要的“冰间湖”出现，在上世纪90年代末和21世纪初，可能导致了所谓的“气候中断”，当时全球平均表面温度似乎在持续上升的情况下停滞不前。

Marinov说:“在这段间歇期，大量的热量被储存在水下的海水中。大多数研究都将这一中断归因于拉尼娜现象的持续时间，导致在低纬度的太平洋地区储存热量。但我认为“冰间湖”也有贡献，在南大洋储存更多的热量，并阻止对大气的额外释放”。

如今，这项工作又提出了许多新问题,如如何降低海冰范围,包括最近断裂的南极半岛的一大块,将影响“冰间湖”的频率和“冰间湖”的存在与否将如何影响大气温度。

Marinov说:“这项调查研究了冰间湖和南大洋的对流，这对全球气候来说是一个非常重要和有趣的事情，我们认为很多人将在接下来的十年里对此展开研究。”