变化中的北极（63）冰间湖---冰原上的麦田怪圈crop circle

张武昌 2023年3月25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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

在所有的冰间湖中，拉普帖夫海冰间湖23号 Laptev Sea和北水冰间湖41号 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。

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。

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。

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。

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。