2016 年南極海冰破紀錄減少及其成因的研究綜述

李雙林，韓哲，劉娜，張超，蔡慧

(1.中國地質(zhì)大學（武漢）大氣科學系，湖北 武漢 430074；2.中國科學院大氣物理研究所，北京 100029)

1 引言

南極作為氣候系統(tǒng)的重要冷源之一，在全球氣候變化中占有重要份額[1-2]，是預估未來全球氣候變化的重要區(qū)域之一[3]。海冰作為極地特有的介質(zhì)，影響著全球的熱量和質(zhì)量交換過程，例如海冰反照率高，可以減少海表對太陽短波的吸收，降低海洋與大氣之間的熱量和水分交換，從而改變海洋表面的能量平衡。海冰融化或凍結(jié)會導致局地海水鹽度降低或增加，改變海洋層結(jié)穩(wěn)定度，影響到南極底層水和南極中層水，最后影響海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流[4]。

近些年，南極海冰覆蓋范圍發(fā)生了明顯變化[5]。在全球變暖背景之下，北極海冰快速消融，而南極海冰覆蓋范圍在2015 年之前顯示出明顯的增長趨勢[6]，特別是2012-2014 年海冰范圍連續(xù)增大，不斷刷新紀錄[7]。這一現(xiàn)象與通常所認為的—全球快速增暖海冰融化—不一致，遂引起了國內(nèi)外學者的廣泛關注，被稱為“變暖悖論”?；诠I(yè)革命前耦合氣候模式試驗，有研究認為這種增長趨勢是由氣候系統(tǒng)自然波動引起[8]。然而當人們正忙于探索南極海冰增加的成因時，在2016 年南半球的春末夏初，南極海冰范圍跌破歷史記錄，成為有衛(wèi)星觀測記錄以來的最低值[9-15]。之后，南極海冰范圍略有恢復，但仍維持在較低水平。

關于這次事件，最為關鍵的一個問題是：它是長期趨勢的突變或者年代際尺度的轉(zhuǎn)折信號，還是一次氣候系統(tǒng)內(nèi)部的年際波動？弄清這一問題對認識未來南極海冰變化具有重要意義。對此，國內(nèi)外很多學者圍繞南極海冰減少的成因進行了大量研究，從多個角度提出了非常有意義的物理解釋。諸多結(jié)果顯示，導致這一極端減少事件的因素并不是單一的，而是大氣和海洋的多個過程共同作用下形成的。本文總結(jié)了最近幾年來國內(nèi)外學者的研究成果，從大氣和海洋兩個方面進行了梳理，并對有待解決的科學問題進行了討論。希望本綜述對認識南極海冰變化成因有所啟發(fā)。本文中的季節(jié)除特殊申明外，是就南半球而言，例如冬季是指南半球冬季（即6-8 月份）。

2 2016 年海冰狀況

自1979 年以來，南極海冰范圍（SIE）呈微弱增加的趨勢。從年平均看，SIE 異常在2014 年達到最大，為1.14× 106km2，隨后快速減小（圖1）。從1979 年1 月至2015 年12 月共37 年間，年平均值線性趨勢為0.24× 106km2/(10 a)[10]。與之相比，從1979 年1 月至2017年12 月 的39 年，線性趨勢為0.15× 106km2/(10 a)，減小了37.5%，這說明2016年海冰的急劇減少對趨勢的減小有重要貢獻。2016年年平均SIE 異常為-0.41 ×106km2，是自1979 年以來減小最大的年份。其中，春季和夏季是減小最明顯的季節(jié)，SIE 異常由9 月份的-0.34 ×106km2，減小至12月份的-2.13 ×106km2。此外，11 月和12 月是有衛(wèi)星觀測記錄以來同期SIE 最小的兩個月份，分別為14.22 ×106km2和8.28×106km2，與氣候態(tài)（即1981-2010 年的平均，依次為15.90× 106km2和10.41× 106km2）相比，分別減小了10.5%和20.5%。以上分析結(jié)果與Schlosser 等[10]的研究結(jié)果一致。

圖1 1979 年1 月至2020 年11 月南極逐月海冰范圍異常Fig.1 The evolution of monthly mean sea ice extent anomalies from January 1979 to November 2020

圖2是2016 年逐月的海冰密集度（SIC）異常及其與2015 年SIC 異常之間的差異。從圖中可以看出，2016 年，無論是SIC 異常本身還是其與2015 年的差異，均存在明顯的季節(jié)性。在1-3 月，SIC 異常減小主要出現(xiàn)在羅斯海東部和阿蒙森海（圖2a至圖2c）。與氣候態(tài)相比，大部分海域SIC 異常減小20%以上，阿蒙森海的部分海域減小超過了60%。盡管威德爾海海冰相對常年偏多，但與2015 年相比SIC 異常減小了40%以上。其中2 月和3 月的減小更為明顯，部分區(qū)域甚至減小了80%以上（圖2b，圖2c）。此外，羅斯海和阿蒙森海SIC 異常較2015 年也明顯減小，大約減小了20%～60%。

4-6 月，SIC 異常有4 個中心（圖2d至圖2f）。兩個負異常中心分別位于阿蒙森海和哈康七世海，大部分海域SIC 異常減小20%～80%。兩個正中心分別位于別林斯高晉海-威德爾海中西部（增多10%～50%）和南極的印度洋-西南太平洋區(qū)域（增多10%～40%）。與2015 年相比，除了別林斯高晉海的小部分海域出現(xiàn)微弱的增長外，羅斯海、阿蒙森海、威德爾海和哈康七世海的SIC 異常均減小，最多超過80%。

圖2 2016 年逐月海冰密集度異常分布及其與2015 年的差值（-15%和15%兩條等值線）分布Fig.2 Distributions of sea ice concentration anomaly in January-December 2016 together with the differences between the sea ice concentration anomaly in 2016 and in 2015 (-15% and 15% contours)

7-9 月，SIC 異常的分布與4-6 月類似，但略微北移（圖2g至圖2i）。較強的兩個SIC 正異常中心分別位于威德爾海中東部和印度洋東部-太平洋中西部，大部分海域增長20%～60%。SIC 負異常主要位于阿蒙森海和哈康七世海-印度洋，相對于正異常要弱一些。與2015 年相比，阿蒙森海和別林斯高晉海是SIC 異常減小最顯著的海域，大部分海域減小40%以上，最大達到80%。此外，哈康七世海也出現(xiàn)減少的情況，但強度較弱。與1-3 月和4-6 月不同，7-9 月部分海域出現(xiàn)了海冰增長的情況，例如威德爾海東部、澳大利亞以南的海域以及羅斯海東部-阿蒙森海西部。

值得注意的是，10-12 月是海冰減少最顯著的季節(jié)（圖2j至圖2l）。從SIC 異常分布來看，除羅斯海東部和阿蒙森海西部出現(xiàn)較明顯增加外，其余海域均顯著減少，且幅度明顯強于其他3 個季節(jié)。與2015 年相比，10-12 月均出現(xiàn)海冰急劇減少的情況。除羅斯海東部-阿蒙森海西部出現(xiàn)增長外，其余區(qū)域均明顯減少。減少最顯著的區(qū)域主要位于西半球，大部分區(qū)域減少20%以上，其中羅斯海、別林斯高晉海和威德爾海的部分區(qū)域甚至減少60%以上。

綜上，2016 年10-12 月是海冰減少最顯著的月份[10]。就夏季而言，2016 年是有衛(wèi)星觀測記錄以來海冰最少的一年。此外，海冰減少存在明顯的地域性和季節(jié)性差異，西南極是減少最顯著的區(qū)域，10-12 月減少最多。

3 成因

3.1 大氣環(huán)流的影響

2016 年的海冰破紀錄減少是從前幾年的偏多狀態(tài)急轉(zhuǎn)而來，這種急劇變化可能是由較強的大氣內(nèi)部變率引起。已有研究表明，2016 年春夏的大氣環(huán)流型的確出現(xiàn)了一些非常強的異常，包括緯向3 波模態(tài)異常、南半球環(huán)狀模異常和南極氣旋活動異常等。

3.1.1 緯向3 波模

南半球緯向3 波模（ZW3）最早由van Loon 和Jenne[17]提出。Raphael[18]對其與南極海冰的關系進行了研究，發(fā)現(xiàn)與ZW3 相聯(lián)系的經(jīng)向風異常通過動力輸運以及改變海氣之間熱通量，影響海冰變化。2016 年5-10 月，南半球大氣環(huán)流表現(xiàn)出非常強的ZW3 異常結(jié)構(gòu)[10]，相關的經(jīng)向環(huán)流有利于海冰減少。并且，由于海冰-反照率的正反饋，海冰偏少狀態(tài)會在后期維持或進一步加劇。正位相ZW3 導致的海冰減少主要出現(xiàn)在羅斯海西部、別林斯高晉海、阿蒙森海和威德爾海西部。在東印度洋區(qū)域，由于9-10 月非常強的經(jīng)向熱輸送，海冰的減少與熱力作用似乎更密切，模擬結(jié)果證實了這一點[19]。此外，熱帶海溫對ZW3 異常有一定的貢獻[14]。在11-12 月即海冰破紀錄減少的時候，ZW3 并沒有顯著的正位相異常，說明ZW3 可能為11-12 月海冰破紀錄減少提供了有利的前期條件。

3.1.2 南半球環(huán)狀模/南極濤動

基于Marshall[20]的南半球環(huán)狀模（SAM）指數(shù)，2016 年11 月份為有衛(wèi)星觀測記錄以來的第二低值[10]。這一負位相SAM 導致向南的?？寺斔?，有利于海冰減少。但該負位相SAM 異常發(fā)生在拉尼娜的背景之下，是非常罕見的，因為拉尼娜往往有利于正位相SAM 異常的發(fā)生。那么，SAM 負位相異常是如何發(fā)生的呢？可能與極地平流層信號下傳和大氣季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）有關[14]。人們早已認識到，在春季背景風表現(xiàn)為弱西風時，平流層極渦信號下傳可以影響到對流層SAM[21-22]。2016 年初春，存在從對流層頂向平流層的行星波上傳，到達平流層上部時減弱了極渦。然后，這一信號到達平流層頂后被反射向下傳播，使得SAM 出現(xiàn)負位相異常，進而減弱了11-12月的近地面繞極西風。這一結(jié)果在歷史觀測資料和模式試驗中均存在。盡管SAM 的環(huán)流異常在中上層是緯向的，但是在近地面并不是緯向的，故其對海冰的影響并不是緯向?qū)ΨQ的，西南極[8]和印度洋區(qū)域[23]更易受其影響。這就解釋了2016 年11 月初SAM 異常建立之后，為什么海冰在印度洋、太平洋區(qū)域以及威德爾海會進一步地減少。

負位相SAM 異常還可以通過影響?？寺槲鹉洗笱蟮蛯优蛏蠈虞斔蚚13]。暖水從混合層夾卷進入表層，這經(jīng)常發(fā)生在夏季末。夾卷進入表層的相對暖的海水有利于上層海洋變暖，進而導致海冰減少。這一影響在年代際時間尺度上更為顯著。

3.1.3 氣旋活動

在2016 年9 月9 日，70°～80°S,60°W～0°的區(qū)域生成了歷史上最強之一的低壓系統(tǒng)，最低氣壓為913 hPa。在其北部存在一高壓，兩者共同作用使得威德爾海出現(xiàn)特別強的西風異常，通過埃克曼輸送將海冰向東北方向輸送，造成威德爾海西北部的海冰減少，這是威德爾海海冰整體上減少的原因之一。威德爾海海冰的急劇減少出現(xiàn)在12 月，也與氣旋活動異常有關。在12 月11-15 日，有一深厚低壓系統(tǒng)控制該區(qū)域[24]，這在夏季比較罕見[25]。尤其是12 日，低壓系統(tǒng)中心氣壓低于968 hPa，是歷史上能到達75°S 以南的最強低壓系統(tǒng)之一（總數(shù)的3%）。強氣旋東部的偏北風向威德爾海輸送大量暖空氣，有利于海冰減少。從觀測記錄（再分析資料）來看，相對于其他年份，2016 年12 月的強氣旋活動對海冰的影響是最強的，主要原因是其他年份中氣旋所影響區(qū)域內(nèi)的海冰已經(jīng)非常少。此外，氣旋活動的增加使得威德爾海的開闊海域面積增大，海水吸收到更多的太陽輻射，上層海溫進一步增暖，形成正反饋，有利于海冰進一步地減少。

3.1.4 大氣季節(jié)內(nèi)振蕩

MJO 是熱帶大氣季節(jié)內(nèi)變率的支配模態(tài)[26-27]，其不僅對局地天氣、氣候產(chǎn)生重要影響，還可以通過影響熱帶對流活動，并激發(fā)大氣遙相關波列影響中高緯天氣、氣候。人們很早就注意到MJO 和南半球大氣環(huán)流存在聯(lián)系。在南半球冬季，當印度洋MJO 活動增強后，60°S 附近的西風會出現(xiàn)增強[28]。所以，MJO 活動異常完全有可能通過影響南半球的大氣環(huán)流異常，進而影響南極海冰異常[29]。

在2016 年11 月，出現(xiàn)了一次非常強的MJO 事件。MJO 在11 月初處于第5 位相，到11 月中旬位于第8 位相，而在11 月底轉(zhuǎn)變?yōu)榈? 位相。隨著MJO的東傳，其抑制了由印度洋偶極子（IOD）引起的熱帶對流活動異常，因此由IOD 激發(fā)的ZW3 型環(huán)流異常減弱。相應地，與ZW3 型環(huán)流有關的經(jīng)向輸送也減弱了，這為負位相SAM 的建立提供了基礎[14]。

3.2 海洋的影響

過去的研究表明，熱帶太平洋[30-32]、印度洋[33]和大西洋[34-35]海表溫度異常，均與南極海冰變化有著密切聯(lián)系。在2016 年 9-12 月及之前，熱帶和熱帶外海溫都發(fā)生了顯著異常。首先，2015/2016 年發(fā)生了超級厄爾尼諾（El Ni?o）事件，其在夏季（2015 年12 月至2016 年2 月）達到峰值，之后衰減消亡。2016 年7 月之后，出現(xiàn)了中等強度的拉尼娜事件。其次，熱帶印度洋海溫異常在2016 年9-10 月呈現(xiàn)西冷東暖的偶極型分布，為自1980 年以來最強的負IOD 事件[36]，偶極子指數(shù)(Dipole Mode Index,DMI)在9 月達到歷史最小值[37]。已有研究認為IOD 可能是海冰異常偏少的重要因素。下面將分別闡述。

3.2.1 熱帶海溫

3.2.1.1 厄爾尼諾-南方濤動

厄爾尼諾-南方濤動（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）作為熱帶海洋最強的年際信號，通過大氣橋影響著南極海冰的變化[38-40]。一方面，ENSO 可以在南半球中高緯激發(fā)一個被稱為太平洋-南美遙相關型（PSA）的羅斯貝(Rossby)波列[41-42]，該波列具有準正壓結(jié)構(gòu)，構(gòu)成該波列的一個中心位于阿蒙森低壓上空附近[43]，先影響阿蒙森低壓的強度，再通過熱力和動力過程改變海冰的分布狀態(tài)。另一方面，ENSO 也可通過改變南大西洋和南太平洋的大尺度經(jīng)圈環(huán)流強度，引起向極的熱量輸送異常，造成海冰的北進或南退[44]。此外，ENSO 也可通過影響秘魯寒流等海洋過程，進而影響南極海冰分布。

2016 年9-12 月熱帶中東太平洋呈現(xiàn)冷異常，處于拉尼娜的發(fā)展和成熟位相，但南半球高緯的海溫海冰異常并沒有表現(xiàn)出典型拉尼娜發(fā)展年的情形（如1998年和1983 年），而是相反地，呈現(xiàn)類似厄爾尼諾年的南極偶極型分布，即東羅斯海和阿蒙森海海溫偏暖、海冰偏少，別林斯高晉海海溫偏冷、海冰偏多。Stuecker等[12]分析認為原因可能有兩個：其一，2015/2016 年夏季發(fā)生的超強厄爾尼諾對高緯海溫海冰的影響具有準靜止、持續(xù)性特征；其二，2016/2017 年夏季發(fā)生的拉尼娜強度偏弱。具體來說，受前期超強厄爾尼諾激發(fā)的正PSA 波列影響，2015/2016 年夏季西南極的偶極型海溫分布可以一直持續(xù)至第二年的11-12 月，海溫-海冰正反饋使得東羅斯海至阿蒙森海的海冰減少持續(xù)較長時間。由于弱拉尼娜引起的海冰增加分量不足以抵消前期海冰減少的慣性，所以2016 年11-12月海冰異常與同為強厄爾尼諾衰減年的1983 年和1998年相反。Stuecker 等[12]的結(jié)論是基于理想ENSO 循環(huán)強迫試驗得到的，還存在一定的不確定性。Purich 和England[45]基于真實海溫強迫下大氣環(huán)流-平板混合層海洋耦合模式的試驗結(jié)果，顯示前期夏季熱帶中東太平洋的暖海溫異常引起的東羅斯海至阿蒙森海的暖異常不能一直維持，而是從2016 年5 月起開始減弱，在9-10 月幾乎消失。因此，前期超強ENSO 事件對南極海冰的影響是否具有特殊性并不十分清楚，還需要更多的模式模擬來驗證。

3.2.1.2 印度洋

熱帶印度洋海溫也是影響南極海冰的重要因子[33]，其影響在2016 年比太平洋更重要[14,45]。觀測結(jié)果顯示，早春負位相的IOD，引起了熱帶東印度洋至西太平洋的強對流活動，然后分別在澳大利亞以西和以東激發(fā)兩支向極地傳播的羅斯貝波列[13-14,45]。平板混合層海洋-大氣耦合模式的模擬結(jié)果表明，熱帶東印度洋的熱源激發(fā)了澳大利亞西側(cè)的波列，而從西太平洋熱源出發(fā)的羅斯貝波列，實際上是印度洋和太平洋兩大海盆協(xié)同作用造成的[45]。兩支波列到達極地后合并，調(diào)制了ZW3 環(huán)流異常[13-14]。

11 月之后，受MJO 東傳影響，負位相IOD 及伴隨的熱帶對流減弱[14]，印度洋-南極的遙相關也就隨之減弱。所以，11-12 月印度洋海溫對海冰的遙影響并不清楚，有待于進一步的探討。就像上一節(jié)提到的，11-12 月南極海冰異常偏少的一個重要原因是負位相的SAM。盡管SAM 在很大程度上是源自大氣自身內(nèi)部變率，但它也受到熱帶海溫和平流層臭氧異常等外強迫的影響[14,46]。平板耦合模式的試驗結(jié)果也表明，印度洋的海溫可能對春季負SAM 的發(fā)生起一定作用[45]。

3.2.2 極地上層海洋

熱帶海溫的平板耦合模式試驗模擬的海冰異常振幅同觀測相比明顯偏小，而極地大洋變化可能是引起海冰偏少的因素之一[45]。在春夏季，南極邊緣海海表至向下600 m 深度層，均呈現(xiàn)顯著暖異常，有利于海冰減少[13,47]。從年代際尺度上看，2000 年之后負位相太平洋年代際振蕩（IPO/PDO）和正位相SAM，有利于形成負的風應力旋度異常，再通過?？寺槲沟孟聦优戏?，然后造成次表層暖海水堆積。在年際尺度上，2016 年春末負位相SAM 引起向南的?？寺斔停瑢⒅械途暤呐Ｋ斔椭粮呔?，使得極地海溫偏暖。少海冰與暖海溫的正反饋，使得海冰減少加劇，有利于春季海冰的異常偏少[9]。

3.2.3 冰間湖

冰間湖是指在季節(jié)性海冰覆蓋區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的開闊水域，它在極地海冰氣系統(tǒng)中扮演著重要角色。一方面，它可以通過改變海表反照率，影響進入海洋混合層的短波輻射，進而改變海洋和海冰之間的熱量平衡。另一方面，冰間湖的形成和閉合過程也影響海水鹽度，進而導致海洋層結(jié)和洋流的異常。

自1972 年至今，衛(wèi)星記錄顯示南極地區(qū)最大的冰間湖位于東威德爾海莫得山脈（Maud Rise,MR，66°S，3°E）和宇航員海（Cosmonaut Sea）近海區(qū)[48-49]。受氣旋式渦旋引起的次表層暖鹽水上翻，威德爾海西部異常低壓帶來的西北暖濕氣流，以及海底地形上拱導致的溫躍層抬升等3 方面因素的共同作用[50]，2016-2017 年期間出現(xiàn)大面積的冰間湖。面積范圍為1976 年以來的最大值[51]。具體地，2016 年7 月末冰間湖首次出現(xiàn)，最大面積達到33 000 km2，持續(xù)21 天后關閉。后于11 月初再次出現(xiàn)[24]，然后關閉。2017 年9 月中旬再次出現(xiàn)，至12 月1 日面積達到最大（約為298 000 km2），持續(xù)時間最長。

Turner 等[24]的研究認為，MR 冰間湖對2016 年11-12 月的威德爾海海冰異常偏少起了重要作用。一方面，伴隨著初期冰間湖的形成，更多的短波輻射進入海洋，混合層加深且溫度升高，有利于海冰減少。另一方面，受威德爾海西部異常低壓影響，異常西北風出現(xiàn)在MR 區(qū)域，其帶來的暖濕空氣有利于冰間湖向西向北擴展。2016/2017 年夏季威德爾海地區(qū)海洋混合層海水溫度達到歷史最高值（約0.5℃），冰間湖區(qū)域更是高達2.5℃。冰間湖的影響也是2017/2018 年春夏季（9-12 月）海冰范圍異常偏小的一個重要因素[24,50]。

4 總結(jié)和討論

作為地球大氣的重要冷源，南極是全球氣候與環(huán)境變化研究的關鍵區(qū)。在全球變暖背景下，相對于北極海冰的快速消融，南極海冰表現(xiàn)出一些獨特的、復雜的變化。在2015 年之前，南極海冰表現(xiàn)出小幅的增長趨勢，似乎與全球變暖相矛盾。這一“變暖悖論”問題遂成為國際關注的熱點。但是，從2015 年開始，南極海冰范圍急劇減小，并在 2016 年11 月跌破同期歷史紀錄，而且這種異常偏少狀態(tài)一直持續(xù)至2020年底之前。針對這一異?，F(xiàn)象，國內(nèi)外學者對其成因開展了大量的科學研究，分別探討了大氣環(huán)流、物理海洋和冰間湖異常等諸多因素的影響。本文對這些成因進行了歸納總結(jié)，并形成了概略圖（圖3）。

圖3 導致南極海冰減少的因素Fig.3 Factors lead to the decrease of Antarctic sea ice

從大氣方面看，9-10 月ZW3 引起的北風異常有利于同期羅斯海西部、別林斯高晉海、阿蒙森海和威德爾海西部的海冰減少，為隨后11-12 月海冰范圍跌破歷史紀錄提供了先決條件。在11-12 月，大氣環(huán)流異常表現(xiàn)為負位相SAM，其中11 月份的SAM 指數(shù)為自1979 年來的第二低值。11-12 月海冰減少是ZW3 減弱和負位相SAM 建立兩者共同作用的結(jié)果。其中，ZW3 的減弱與MJO 的異?；顒佑嘘P，而負位相SAM 建立則與平流層極渦異常信號的下傳有關。負位相SAM 異常會引起向南的?？寺斔停欣谡麄€南極海冰的減少。在11-12 月，氣旋活動頻繁是威德爾海海冰減少的重要原因之一，也對整體南極海冰減少起到了正的貢獻。

在海洋方面，繼前一年夏季發(fā)生的超強厄爾尼諾事件后，出現(xiàn)了中等強度的拉尼娜事件，與其相關的熱帶對流活動異常通過調(diào)制PSA 遙相關引起了西南極的偶極型海冰異常，即羅斯海東部和阿蒙森海海冰減少，別林斯高晉海海冰增加。這與歷史上發(fā)生的典型拉尼娜年海冰狀況不太一樣，有觀點認為是前期超強厄爾尼諾引起的海溫異常持續(xù)導致，同時后期中等強度的拉尼娜影響偏弱。但是，其結(jié)果是基于理想的ENSO 循環(huán)強迫試驗得到，而實際海溫異常強迫平板海洋耦合模式的試驗表明前期厄爾尼諾作用并不重要。因此，這一結(jié)論還需要更多的大氣環(huán)流模式和海氣耦合模式模擬來進一步地驗證。除了熱帶太平洋外，熱帶印度洋在2016 年春季出現(xiàn)非常強的負位相IOD，且IOD 為自1980 年以來的最強負位相事件，與IOD 相關的熱帶對流活動異常能夠在南半球高緯強迫出類似ZW3 型的環(huán)流異常。除了熱帶海洋，極地海洋的海溫也較常年偏暖，在2016 年春季，從海表至600 m 深度均呈現(xiàn)暖異常。此外，在2016 年夏季，還出現(xiàn)了大面積的冰間湖，并且是1976 年以來最大的一次。它能夠通過海冰-反照率的正反饋機制維持并擴大，是導致2016 年夏季威德爾海冰減少的重要因素之一。

綜上所述，前人的研究提供了多方面、多角度的解釋，但是依然有一些問題并不十分清楚。例如，動力和熱力作用對此次海冰減少的相對重要性還不清楚。Wang 等[52]的研究表明，大氣對海冰的動力作用遠大于熱力作用。Matear 等[53]在研究南極海冰最近30 多年的增加時，模擬結(jié)果也顯示動力作用是主要的。而Kusahara 等[19]的研究卻認為，大氣的熱力作用更重要。要解決這一爭議，還需要用更多的模式模擬來驗證，并深入分析其中的物理過程，這對于理解ZW3 和SAM 異常對海冰的影響也非常重要。

另外一個值得注意的是，不同時間尺度過程的相對貢獻和相互作用尚不清楚。弄清這個問題對認識2016 年海冰減少到底是正常的年際波動還是年代際尺度的轉(zhuǎn)折信號很關鍵。從長期趨勢來看，盡管1998-2012 年期間出現(xiàn)了全球變暖減緩，但依然處在增暖的狀態(tài)下[54-55]。在年代際至多年代際時間尺度上，2013 年前后IPO 發(fā)生了位相轉(zhuǎn)換，由負位相轉(zhuǎn)為正位相，全球又回到了快速增暖的狀態(tài)[32,56-57]。在年際時間尺度上，熱帶太平洋依次發(fā)生了2014/2015 年厄爾尼諾，2015/2016 年超強厄爾尼諾，2016-2018 年超長拉尼娜[58-59]。這些不同尺度的過程使得認識2016年末南極海冰異常跌破歷史紀錄這一問題，變得尤為復雜。定量區(qū)分長期趨勢、年代際至多年代際以及年際時間尺度物理信號的相對貢獻率，無疑很關鍵，但這方面的研究尚缺乏。

回答不同時間尺度過程的貢獻問題，也有助于我們厘清海冰減少是氣候系統(tǒng)內(nèi)部的自然變率還是外部強迫導致的這一疑問。如果是前者，那么2016 年海冰的急劇減少是正常的年際波動；如果是后者，那么它可能是年代際尺度或長期趨勢的突變。當前研究探討的影響因素都是氣候系統(tǒng)內(nèi)部的異常，事實上，這些影響因素可能與外部強迫有關。例如，SAM的負位相異?？赡芘c南極臭氧的恢復引起的平流層增暖有關[14]。極地海洋次表層海溫的上升與IPO 有關，而IPO 又與人類活動有關[60]。2016 年9-10 月的負IOD 可以歸因于前期南半球秋冬季的熱帶印度洋暖異常[61]，而印度洋暖異常又可能與人類強迫引起的長期趨勢有關[14]。不過，外部強迫在定量上有多大貢獻并不清楚。尤其是，南極海冰范圍異常在2016 年跌破歷史紀錄后，緩慢向正常狀態(tài)恢復，并在2020 年底轉(zhuǎn)變?yōu)檩^常年偏多的狀態(tài)（圖1）。而基于當前的研究成果，無法判斷2020 年之后海冰恢復是否終止?？偟膩碇v，我們對南極海冰變化的認識并不完全清楚。未來需要進一步地從觀測和模擬兩方面加強研究，才能更好地預測南極海冰的未來變化，同時為改進CMIP 歷史試驗模擬提供新的認識。