变化中的北极（61）北极海冰和南极海冰的差异

------南极冰事（1）南极海冰和北极海冰的差异

张武昌2023年2月6日星期一

 极地的基本风场

北极和南极由于日照输入的热量少，而散失的热量多，因而大气温度会降低，低至零下60-70度。导致极点附近冷空气下沉。

这个下沉的冷空气就是驱动大气三个环流圈中最北（南）的极地环流圈（polar cell）的主要动力。

在极地环流圈的上层大气是极地涡旋polar vortex，呈现逆时针方向。

而地表的大气则呈现从极点向低纬度的顺时针的环流（下图中的黄色箭头），有辐聚作用。

海水虽然也会向外辐射热量，但是主要的散热途径是向空气中传导，海水温度零下2度左右，海水和大气之间巨大的温差使得海水散失很多热量。

冬季海冰的差异  

如果北极和南极的陆地和海洋格局一样，从理论上讲，两者的海冰应该差异不大。

但是现实是，北冰洋和南大洋的陆地海洋格局存在着显著的不同：根据选择的边界不同，北冰洋面积约为1310 万平方千米，也有说1200万，也有说1400万。南极洲面积1400万平方千米。北冰洋和南极洲的面积几乎相等，都相当于半径为18个纬度的圆形。

北冰洋位于北极点的附近，四周被陆地环绕，南大洋的中心被南极大陆占据。这样的陆海格局产生了重要的影响。

南极和北极上的地表（海表）都有从极点向低纬度吹的冷风，在科里奥利力的作用下，形成顺时针的大气环流，但是北极的环流中心是海洋，而南极的环流中心是南极大陆，其4000米的高度使得陆地大气以极快的速度向海洋倾斜而下，是为下降风Katabatic Wind。

南极的下降风将海冰吹向北方，在陆地边缘形成冰间湖，被海冰研究者称为冰工厂，这里是南极大陆吹来的寒风从海水带走热量形成海冰的地方，由于海冰形成后迅速被吹走，冰间湖得以持续形成海冰。另外海冰的外缘是西风带，是辐散作用，所以海冰被源源不断的向北方输送。

在向较低纬度扩散后，南极海冰最终停止在西风带形成的极锋（南极绕极流的中心）前面，海冰外缘（上图左下小图）最终形成了与polar front （下图中的粗线）一致的形状。

在北极，此处的大气环流为顺时针，由于科里奥利力的作用，形成辐聚作用，海冰也随风呈现顺时针环流并被保持在其中。加上大陆的环绕阻挡，冬季北冰洋几乎全部被海冰充满。而边缘的海冰受到洋流（主要是大西洋入流水）的影响，在北大西洋和北太平洋都是呈现西部海冰向低纬度分布，而东部海冰向高纬度分布。在我国渤海和胶州湾冬季都有结冰现象，是北半球海冰势力的最南端，到达北纬36度，而南半球的海冰止步于48度，向低纬度的延伸少得多。

北冰洋的海冰面积最大达1600万平方千米（北冰洋面积1400万），南大洋的海冰面积海冰最大1800万平方千米，可见南大洋海冰比北冰洋海冰面积大。

夏季海冰的差异

北冰洋海冰面积在夏季最低值为700万平方千米。是冬季的50%。 南大洋夏季190万平方千米，是冬季的10%。

北极点附近纬度高，此处的海冰位于更冷的环境，更容易保留。南大洋海冰夏季留存较少主要是因为纬度较低。 北冰洋夏季海冰的面积相当于以北极点为中心，半径为13个纬度的圆形。南极洲的面积相当于半径为18个纬度的圆形。所以南极陆地周围夏季能有海冰已经是超出理想圆形大陆的冰量。

北冰洋夏季海冰面积虽然缩减，也能看出大西洋入流水导致的西侧海冰偏向低纬度、东部海冰偏向高纬度的趋势。

在北极夏季，海冰上层的冰雪融化，形成很多融池，但是在南极融池几乎不见。这是因为南极的冰融化较快，还没有来得及形成融池即被海水热量融化而消失。北冰洋夏季海冰持续时间太久，甚至有多年冰，所以夏季有大量融池。

海冰年龄和厚度的差异

北冰洋的海冰年龄较大，有的海冰形成海冰冰架，年龄有几千年，厚度60米，流动的海冰的年龄为0-9岁，厚度达6米。南极海冰因为大多是当年冰，厚度最大约1.2米。

海冰对全球变暖的反应

北冰洋的海冰在迅速消失，而南大洋的海冰面积持续多年没有减少，反而有稍微增加的趋势，最近几年才出现快速下降的趋势。

这是因为海冰的融化主要来自洋流的热量，夏季北冰洋入流水的流量增大，温度升高，是北冰洋海冰消失的主要原因，夏季海冰的覆盖面积的形状基本与入流水的环流形状一致。

南大洋的极锋 polar front环绕南极大陆，阻挡了低纬度海水进入高纬度，随着全球变暖，西风带增强，polar front 变强，对北方温暖海水的阻挡作用增强，所以在全球海洋变暖的大背景下，极锋以北的环形海域是温度稍微降低的，这就导致了南大洋海冰面积多年不变，甚至稍有增加，抵御了全球变暖的影响。这部分内容请参考‘我们的海洋系列（21）海洋变暖https://blog.sciencenet.cn/blog-39359-1299280.html’

1982-2017年南大洋3月（左）和9月（右）温度变化趋势

（2019年IPCC 气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告）

随着全球变暖的程度加深，polar front以南的海水也因全球变暖的普遍效应而变暖，导致近年来海冰面积减少。

ps 此文也做为“ 南极冰事系列的第一篇（1）南极海冰和北极海冰的差异“。