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科研进展

功能实验室研究团队揭示巴伦支海入流会出现淡水输入转...

近日,区域海洋动力学与数值模拟功能实验室(以下简称“功能实验室”)科研人员基于最新一代气候模式结果,对未来北冰洋淡水总含量(固态与液态之和)的变化及其诱因进行了量化分析。该研究从淡水收支平衡的角度,定量揭示了降水、地表径流、海冰搬运以及海峡通道入流等对北冰洋淡化的不同贡献,首次指出巴伦支海将会由北冰洋的淡水汇转变为淡水源,该转捩过程对北冰洋淡化具有重要影响。上述研究成果对研究北极气候变化具有重要的科学意义。

相关成果以“Arctic Ocean freshwater in CMIP6 coupled models”为题,于2022年9月13日在线发表于美国地球物理联合会(AGU)TOP期刊Earth's Future(2021年影响因子8.85)。功能实验室王世柱博士为论文第一作者,合作者包括德国AWI极地研究所的Qiang Wang博士和Gerrit Lohmann教授、美国华盛顿大学的Muyin Wang博士,通讯作者是功能实验室主任乔方利研究员。该研究得到了国家自然科学基金、德国科学基金会、青岛市博士后应用研究项目等的资助。

近些年研究表明,北极变暖速度是全球其他地区的4倍,这一数字明显高于之前普遍认为的2-3倍。北极作为全球气候变化最敏感的地区,海冰急剧融化,降水和入海径流也显著增加,共同催生出一个逐渐变淡的北冰洋,进而对北极生物地球化学循环以及全球大洋环流和气候变化产生影响。气候模式已成为研究北冰洋淡水收支卓有成效的科学工具。第三次和第五次国际耦合模式比较计划(CMIP3, CMIP5)的多模式结果表明,大部分气候模式均预测出本世纪内北冰洋会出现变淡趋势,但模式普遍高估了当前气候态下北冰洋的淡水含量,且模式间差异巨大。

该研究将固态淡水(海冰)和液态淡水(盐度低于34.8 psu的部分)之和作为北冰洋总淡水。首先比较了39个CMIP5模式和最新的31个CMIP6模式对历史时期北冰洋淡水含量的模拟结果,然后分析了多模式对本世纪内淡水含量的预估结果。结果表明:在高温室气体排放情景下,到本世纪末北冰洋液态淡水含量将比现在升高60%,固态淡水含量急剧减少且夏季几乎消失,总淡水含量将持续增加。为解释这一淡化现象的主导原因,定量分析了北冰洋的4个海峡通道(弗拉姆海峡、巴伦支海入口、戴维斯海峡和白令海峡)的淡水通量、海冰搬运(流经海峡的海冰所蕴含的淡水通量)、北冰洋降水和周边地表径流等淡水收支项,发现未来北冰洋最大的4个淡水来源由大到小依次为地表径流、降水、白令海峡入流以及巴伦支海入流。值得注意的是,巴伦支海入流在当前气候背景下盐度较高,是北冰洋的一个淡水汇项;但随着这一入流盐度的持续降低,该淡水收支项将在本世纪后半叶逐步转变为淡水源,这一淡水通量的转捩过程对北冰洋总淡水含量具有重要影响。前人研究使用少数几个CMIP6模式结果,认为巴伦支海入流对未来北冰洋淡化的贡献较小。而该研究基于众多最新模式结果,首次指出巴伦支海入流将在本世纪内成为北冰洋的一项重要淡水来源。

该研究还揭示了这样一个事实:相较于CMIP5模式,分辨率更高、物理过程更复杂的CMIP6模式在北冰洋淡水模拟方面的能力并未表现出明显提升,表明淡水模拟与预测仍是一个巨大科学挑战。在众多海洋分辨率约为1度的气候模式中,欧洲中心的EC-Earth3和自然资源部第一海洋研究所的FIO-ESM-2-0能更准确地模拟出历史时期的北冰洋液态淡水含量及其空间分布。

论文链接:http://dx.doi.org/10.1029/2022EF002878

巴伦支海.png

图:历史时期和未来(a)温室气体高排放情景和(b)中等排放情景下北冰洋总淡水收支的变化过程。图中不同颜色条带的宽度代表源项或汇项的量值大小,黑线代表所有源项与汇项之和,称为总淡水收支项。可以看出,北冰洋总淡水在1990年以前保持相对稳定,之后呈现出逐渐增加趋势。


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