面對全球變暖，南極海冰為何不降反增？

隨著氣候變化，北極海冰急劇減少，而南極卻沒出現這種現象。

上圖為南極洲附近南大洋海域水深圖，圖中白色輪廓線為南極南部繞極流的所在位置，黑線為2002至2009年9月22日海水表層-1℃等溫線，圖中上部白色叉形標記處為布韋島（Bouvet Island）。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

為何在北冰洋急劇消融的今天，南極周圍的海冰覆蓋面積仍在緩慢增加呢？以美國航空航天局為首的科研團隊近期發現：這歸因於南極洲與南大洋特殊的地質環境。

一個由美國航空航天局噴氣推進實驗室Son Nghiem博士領銜，美國航空航天局（NASA）、美國海洋大氣局（NOAA）與各大學共同組建的科研團隊利用衛星雷達、海水表面溫度、地形與海洋水深等數據，揭示了影響南極海冰的因素及相應物理過程。他們發現，南極洲的地形與周圍海域的水深是海冰變化的主要影響因素。因為地形持續影響著周圍風場，而水深則會改變海流的運動，進而驅動南極海冰的形成與演化。與此同時，兩者還能維持海冰覆蓋面積，使其不易快速消融。

Nghiem說：「我們的研究有力說明，南極海冰的變化與南極地區的地球物理特徵緊密相關，而北極地區的環境與南極又截然不同，這可能是南極海冰不降反升的原因。」

南極海冰的覆蓋範圍主要由頭年冰（只生長了幾個季節的冰體）的生長情況決定。海冰會在每年九月圍著南極大陸生長至最大值，到來年2月又會消融17%左右。自上世紀70年代以來，南極海冰的覆蓋範圍較為穩定，總體呈緩慢增加趨勢，但有局部差異存在。

這些年，科學家針對南極海冰的變化機制提出了多種理論，尤其關注在全球變暖背景下的海冰變化過程。比如，臭氧層空洞是否會影響海冰變化？南極冰架融水會不會降低海水鹽度，進而促進海冰的形成（因為高鹽度會抑制海水成冰過程）？海冰變厚是不是由於南極地區風力的增強？面對全球變暖，南極海冰覆蓋面積不降反升一定是因為某些因素在起著「保護」作用。但是究竟是哪些因素，又是怎樣在「保護」海冰，在此之前仍是個謎。

為了解決這個冰凍圈難題，Nghiem和他的團隊成員們選取了一種全新的研究方法。他們分析了1999年-2009年間美國航空航天局QuikScat衛星採集的雷達數據，追蹤了南極海冰的運動路徑，並繪製出不同類型的海冰分布圖。他們重點研究了2008年海冰生長季的變化過程，因為在這一年，南極海冰覆蓋範圍出現了特殊的季節性變化。

他們的研究表明，當海冰在生長季早期形成並積累起來時，它們會在風力作用下，往北漂離海岸，形成了一個由較老較厚的冰構成的環南極洲 「保護盾」。這些持續不斷的風會沿下坡方向從大陸向外吹去，其流動方向受南極大陸的地形控制。它們把海冰堆積到巨型「冰盾」堆積上，進一步增加冰的厚度。這一圈寬度62~620英里（相當於100~1000千米）的冰帶會將那些較新形成的薄冰封在後部的流冰群之中，防止其受到風浪侵蝕。

此外，該團隊通過QuikScat雷達數據對不同類型的南極海冰進行分類，其原理主要是利用不同類型的海冰對雷達信號的回應不同，例如較早形成的厚冰會反射回較強的雷達信號。他們發現,「冰盾」中的海冰形成時間較早，冰雪的日積月累也會導致其厚度明顯增加，且由於長時間暴露在風浪中，其表面也較不平坦。當海冰覆蓋面積擴大，大陸上的冰也漂進海洋中時，冰後方的開放海面彷彿一個「冰工廠」，有助於海冰的快速增加。

為了理解巨型「冰盾」如何在南大洋保存下來，該研究團隊將多顆衛星獲取的海水表面溫度數據與最近獲得的世界海水深度圖進行了綜合分析。其中，海水表面溫度數據表明，在海冰生長最快時期，「冰盾」的邊緣仍在環南極洲30華氏度（相當於-1攝氏度）等溫線以內，而該等溫線又與南極繞極流南面鋒的軌跡線幾近重合，將南極周邊的寒流與暖流一分為二。另外，該團隊還提出了一種全新理論：正是海水水深的差別決定了這條繞極流鋒面的位置（即等深線影響等溫線分布）。

南大洋海水表層溫度圖（單位：攝氏度），改自美國國家冰情中心（National Ice Center）發布的2009年9月22日南極海冰分布圖，其中黑線為-1℃等溫線，綠線為-1.4℃等溫線。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

他們將南極地區水深圖與海水溫度圖疊加對比時發現，有些等溫線與等深線竟完美重合。此外，可能是由於凹凸的海底形態強烈影響著繞極流的運動，海底地形和南大洋觀測到的部分海冰分布模式也非常符合。例如，繞極流會在布韋島（Bouvet Island）附近停滯，停滯區距最近的島約1000英里（相當於1600千米左右），而此地正是三個構造板塊匯聚形成海底山脊之處。另外，在南極大陸東側海域凱爾蓋朗深海高原（Kerguelen Plateau）也有類似證據。凱爾蓋朗深海高原是由古岡瓦納超大陸分離出的一個海底微大陸，在這附近的海水表面-1℃等溫線糾纏在一起，並經過一個名為「Fawn Trough」的深槽水道，但一到深海盆地等地形平緩處，等溫線就「分道揚鑣」了。而在西部海域，由於水深大，海底地形較為平坦，繞極流軌跡線並未與等深線對應變化，這也導致該地區海冰總量減少，年際變化較大。

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