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变化中的北极(63)冰间湖---冰原上的麦田怪圈 精选

已有 5389 次阅读 2023-3-25 11:45 |系统分类:科研笔记

变化中的北极(63)冰间湖---冰原上的麦田怪圈crop circle

张武昌 2023325日星期六

 

北冰洋的海冰覆盖面积有明显的季节变化,冬季面积最大(周年最大面积),夏季面积最小(周年最小面积)。北冰洋的海冰覆盖面积正在逐年减少,但是这两个指标的变化情况不同,夏季的周年最小面积变化较大,冬季的周年最大面积变化较小。

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目前每年冬季海冰都能够充满整个北冰洋,形成一片神秘的冰原,美丽而且孤寂。但是冰原并不孤独,自1979年以来,天空中有科学家的卫星注视着她的一举一动。

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在广阔的海冰冰原上,海冰并不是无处不在,而是会出现一些空洞,露出下面的海水,这些冰原上露出的海面称为冰间湖polynya,它们时隐时现,非常神秘,有人戏称它们是冰原上的麦田怪圈crop circle

因为它们并不是一直存在,科学家用它们的出现概率(occurrence frequency)来表示某一位置出现冰间湖的可能性。下图显示冰间湖出现的频率(天数比例),概率20%表示在一段时间中有20%的天数(每天一个卫星图)能观察到冰间湖。

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这些冰间湖虽然是断断续续分布,但是它们的分布很有规律,主要出现的陆地的边缘。由于北冰洋的海陆格局是南方的陆地围绕北边的海洋,冬季陆地气温低于北冰洋区域,陆地来风吹散了海冰,露出水面,形成冰间湖。夏季海冰融化,冰间湖随之消失。

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目前已知大约有61个冰间湖,科学家给他们都起了名字。

2016年,科学家统计了海冰厚度低于20 厘米的区域,将它们作为冰间湖的统计标准,所有的冰间湖区域冬季为0.2*1000000 km2,与北冰洋14*1000000 km2的面积相比,实在是无足轻重。

如果考虑到低于20 厘米的区域并不都是可见的冰间湖,以及冰间湖的出现概率,等其它因素,某一时刻冰间湖的面积和在总面积中的比例要小得多。

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北冰洋人烟稀少,所以大多数冰间湖都不是活人在现场观察到的,而是主要通过卫星遥感海冰分布得出。虽然如此,科学家还是希望到现场看看冰间湖长什么样子。

下图是飞机从陆地一侧向海上看,近端连片海冰是固定在陆地的“固定冰fast ice”,然后是“开阔水面open water”,海面上有小的“冰晶frazil ice”,冰晶集聚形成“凝脂冰grease ice”,并最终冻结成“浮冰drift ice”,被风吹向大洋远离岸边,新的海冰继续形成,所以冰间湖称为海冰工厂ice factory或者birthplace of ice

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下图是飞机从海面向陆地一侧看,近端是冰间湖,远端是固定冰,可见湖面升腾大量的热气(不是我们日常的热气)。

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在所有的冰间湖中,拉普帖夫海冰间湖23 Laptev Sea和北水冰间湖41 Northwater 最为有名,研究较多。

 Laptev冰间湖的特点是南边有来自西伯利亚的寒风,东边和西边是大型岛屿,北边是北冰洋,所以主风向是南向北,偏东或偏西风都可以在岛屿背面产生冰间湖,加之离北极点位置偏南,是北冰洋内冬季最晚结冰和春季最早融冰的区域,所以拉普帖夫海冰间湖是北冰洋最大的冰工厂。

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有估计说2050年夏季无冰,但是大家都忽略了北冰洋的冬季都被海冰覆盖,冰间湖是唯一没有被覆盖的区域。目前Laptev海的结冰日期越来越晚,融冰日期越来越早,终将导致两个日期接近,这个海区会首先成为北冰洋冬季无冰区winter ice free area,从此以后,冬季海冰的面积将会出现明显的下降。

 

另一个值得一提的冰间湖是北水冰间湖(North Water, NOW),它的位置比较特殊。在北冰洋的林肯海Lincoln Sea和巴芬湾Baffin Bay之间的海峡叫Nares Strait

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每年冬季,北冰洋的海冰形成后在盛行风的作用下会向格陵兰岛和Ellesmere岛的北边(https://blog.sciencenet.cn/blog-39359-1350163.html, 最后冰区last ice area, 科学网变化中的北极(43)脆弱的最后冰区 Last Ice Area (LIA) - 张武昌的博文 (sciencenet.cn))堆积,一些海冰会通过Nares海峡,进入巴芬湾。

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由于海峡比较狭窄,从林肯海来的海冰相互拥挤,堵塞了海峡,形成冰弓ice arch或称冰桥ice bridge,其南面的水面就是北水冰间湖。

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由于Nares海峡封堵影响北极海冰流失,所以科学家一直关注冰桥的动态,自1979年以来,冰桥存在的时间每年减少2天,2007年之前,每年有177天,2007-2019年,每年只有128天。冰桥存在时间减少是北冰洋海冰减少的原因之一。

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