由日本海洋地球科学技术局(Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology,JAMSTEC)北极气候与环境研究所(Institute for Arctic Climate and Environmental Research,IACE)的Hotaek Park和Eiji Watanabe牵头的国际研究小组,首次定量分析了河流热量流入对北冰洋气候的影响,探讨了在全球气候变化的最新背景下,北极地区河流热量流入海洋,对北极海冰的减少以及海洋和大气变暖的影响及模式。
目前这项研究的结果发表在11月7日的《科学进展》(Science Advance)上。根据注入北冰洋的水量和温度计算出的河流热通量显示,在沿海海冰开始消退的初夏(7月)该值达到最大值。同时,西伯利亚东部的勒拿河,水温由1960年代8月时的12-13℃(当时全球变暖的影响尚不明显)上升到现今~20℃,也与大量的河流热量进入北冰洋密切相关。
由于初夏时节,大部分河流流入海水冰盖以下并与海洋表层水混合在一起,因此很难通过船或卫星观察到河水中的热量分布特征。此外,到目前为止,由于受到达极地航行困难和其他因素的影响,科学家对河流流量和水温的现场观测数据仅局限于部分主要河流,尚未对覆盖整个北极地区的河流热通量进行估算。为了填补北极区域河流热通量空白,该研究小组使用了地表过程模型CHANGE(※1),并结合了河水温度,量化了流入北冰洋的河流热通量的变化。然后,这些数据被用做耦合海冰海洋模型COCO(※2)中的边界条件,以进行下一步的数值实验。
1980 - 2015年的一项分析首次提供了定量证据,表明河流热通量对北冰洋区域海冰减薄的贡献最大超过10%。这项研究结果不仅表明温暖河水的汇入加速了北冰洋海冰的融化,而且还证实了冰反照率的减少反过来会对北极气候变暖产生作用(※3)。定量评估还发现,随着海冰的消退,海水表面释放到大气中的感热和潜热能量增加,导致过去36年夏季气温升高0.1℃。这些结果表明,除了气候变暖之外,河水的热量输入还进一步加速了北极海冰消减,增加了海洋—大气的热通量和大气温度,这在一定程度上加剧了北极的变暖。未来,该研究小组计划对以下方面进行更全面的研究:(1)海冰的退缩导致海水表面蒸发的增加,大气环流对陆地上的降水/降雪产生的影响;(2)温暖河水入海对北冰洋生物地球化学循环(包括淡水和碳循环)的影响。