北極是全球氣候變化最敏感的地區(qū)，其變暖速度是全球其他地區(qū)的兩倍以上。近30年來，北極海冰快速消融，北冰洋的淡水含量不斷增加。北冰洋上層冷而淡的海水不僅對于北極海冰的維持和生物地球化學(xué)循環(huán)具有重要作用，還能通過改變大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)流的強度，對全球氣候產(chǎn)生影響。

目前，北冰洋的淡水含量已成為表征全球氣候變化的一項重要指標(biāo)。之前研究表明，洋流、風(fēng)場、河流徑流等的諸多變化，均會引起北冰洋淡水含量時空分布的改變。隨著全球水循環(huán)的增速，以地表徑流的形式進入北冰洋的淡水也在持續(xù)增加。但北冰洋有多大能力來儲存新增的淡水？這種儲存新增淡水的能力該如何來表征？北冰洋的這一淡水儲存能力是一個恒定值，還是隨氣候系統(tǒng)發(fā)生改變？為解答這些問題，依托于自然資源部第一海洋研究所的自然資源部海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點實驗室王世柱博士等人，提出了“北冰洋淡水儲能”的新概念，發(fā)現(xiàn)了北冰洋淡水儲能隨氣候變暖的非單調(diào)響應(yīng)，為北冰洋淡水含量的診斷和預(yù)測提供了新思路。2021年5月26日，這一研究成果在線發(fā)表于地球物理學(xué)國際知名期刊《Geophysical Research Letters》。

該研究通過開展系列敏感性數(shù)值試驗，發(fā)現(xiàn)隨著北極持續(xù)增溫，北極海冰逐步減少，開放海域的海水與大氣直接接觸，使得海表應(yīng)力增加，由歐亞海盆向美亞海盆的Ekman輸運作用增強。一方面，歐亞海盆的淡水流向美亞海盆，引起歐亞海盆淡水含量的減少與美亞海盆淡水含量的增加；另一方面，歐亞海盆上層的高鹽度大西洋水含量增加，引起歐亞海盆淡水含量的減少。隨著Ekman輸運和抽吸的進一步增強，大西洋咸水逐漸向美亞一側(cè)擴張，引起美亞海盆淡水含量的相對減少。

淡水水平輸運和大西洋咸水增加這兩種過程之間的相互作用，使北冰洋淡水總含量隨海冰減少呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢。而隨著注入北冰洋地表徑流的增加，這兩種過程的相對強度發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為：河流徑流增多，為歐亞海盆提供了更多的淡水來源，可以在一定范圍內(nèi)抑制大西洋咸水引起的淡水含量減少趨勢，其結(jié)果使得不同地表徑流情景下淡水含量的標(biāo)準(zhǔn)化差值，即“北冰洋淡水儲能”，也隨海冰減少呈現(xiàn)出先增加后減少的變化。在將來的極端變暖條件下，北冰洋淡水儲能顯著減小。這一變化可能對局地和全球氣候系統(tǒng)對水循環(huán)變化的響應(yīng)產(chǎn)生較大影響。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金和德國科學(xué)基金會的資助，論文第一作者是王世柱博士，主要合作者包括德國AWI極地研究所的Qiang Wang博士、自然資源部第一海洋研究所的舒啟博士和宋振亞研究員等，通訊作者是喬方利研究員。

論文鏈接： https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL090951

（a）控制實驗中北冰洋鹽度垂向分布和（b-f）5種氣候變暖情景下鹽度垂向分布的變化。紫線：30.5 psu等鹽度線；藍線：34.8 psu等鹽度線?？梢钥闯?，隨著氣候變暖和海冰的逐漸減少，歐亞海盆的鹽度升高，美亞海盆30.5 psu等鹽度線先降低后升高，即海盆鹽度先減小后增大，淡水含量先增加后減少。