【科研动态】2024年夏季北极楚科奇海域海冰为何“逆势”存活

摘要：北极是全球气候变化的敏感区域之一。近年来，北极海冰范围持续减少，尤其是夏季海冰的消退速度加快。然而，2024年9月（北极海冰最小范围月），楚科奇海西部（东西伯利亚大陆与弗兰格尔岛之间）却意外存留了一片面积约10万平方公里的海冰，恰好位于东北航道的出入口处（图1

一、研究背景：

北极海冰的快速变化与异常现象

北极是全球气候变化的敏感区域之一。近年来，北极海冰范围持续减少，尤其是夏季海冰的消退速度加快。然而，2024年9月（北极海冰最小范围月），楚科奇海西部（东西伯利亚大陆与弗兰格尔岛之间）却意外存留了一片面积约10万平方公里的海冰，恰好位于东北航道的出入口处（图1）。这块异常存留的海冰成为过去20年间北极夏季幸存的最低纬度海冰，而上一次类似现象仅出现在2000年和2001年。通过多源数据分析，本文发现了这一异常现象的成因。

图 1. 2024 年夏季楚科奇海西部及弗兰格尔岛附近异常海冰的地理位置（a）及其变化过程（b-e）

二、研究结论：

动力与热力学因素的共同作用

1. 关键时期：7-8月海冰状态的回归

对2000年以来海冰密集度（SIC）的分析显示，楚科奇海西部弗兰格尔岛附近最后一次在9月出现海冰存留的现象发生在2000年和2001年，此后直到2024年才再次出现。2024年7月，SIC显著高于2000年和2001年，光学遥感影像清晰地对比了2000年、2001年和2024年的海冰分布（图2c）：2024年7月，SIC显著高于2000年和2001年，海冰沿西伯利亚海岸积累；同时海冰厚度（SIT）分布显示在5月至7月融化速度明显减缓，接近2000年和2001年的水平。7月前积累的足够面积和厚度使海冰在后续月份抵抗融化并存活至9月。我们的研究表明，7月至8月是关键月份，这段时间的冰情决定了9月海冰的存留。

图2. 2000年至2024年研究区域内海冰密集度与海冰厚度变化情况

2. 动力学因素：北风驱动海冰积累

2024年7月强北风将海冰推向西伯利亚海岸，导致海冰在西南部积累，与2002-2023年相比，2024年西伯利亚海岸的海冰积累远超常态，使得SIC和SIT异常偏高（图3）。高分辨率影像和ICESat-2海冰高度数据清晰显示了沿岸堆积的海冰，SAR数据也显示了海冰表面大量冰脊存在（图4）。冬季形成的薄冰在夏季北风作用下向沿岸移动，受西伯利亚大陆架阻挡后堆积，冰间碰撞导致的浮游植物暴露（冰底藻类）及冰脊藻类，使冰表呈现深绿色“脏冰”特征（图4）直观印证了海冰的动力变形。8月，风向变化导致海冰向南移动并逐渐孤立，在9月的最终融化阶段，风速低于长期平均值从而保护了海冰免受破裂。

图3. 2024年与2002-2023年间风场与海冰漂移场

图4. 2024年融化季研究区域内海冰表面状况

3. 热力学因素：低温减缓海冰融化

2024年夏季，研究区附近的2米气温比长期（2002-2023年）平均值低约2°C（图5）。特别是从6月开始，东西伯利亚沿岸海域的气温显著降低，SIC和SIT的增加限制了海洋与大气之间的热交换。楚科奇海的冻结期通常持续到5月初，之后海冰边缘开始向北退缩，然而2024年研究区域的海冰范围开始减少的时间比往年更晚（图2b），这与较低的气温一致（图5a）。

图5. 2000年-2024年研究区域内2m气温变化情况

三、讨论：

北极新常态——极端海冰事件的发生

随着气候变暖，北极海冰系统正经历从“旧北极”（以多年厚冰为主）向“新北极”（以季节薄冰为主）的显著转变，多年冰覆盖率急剧下降，目前除北极中心海域外，一年冰已占据主导地位。相较于厚冰的稳定，薄冰在动力学特性上表现出更高流动性——在风力驱动下更易破裂、漂移速度更快。这种转变不仅加速了海冰的消融，还将促使极端事件的发生成为北极新常态。

作为东北航道的咽喉，楚科奇海西部的冰情异常对船舶航行安全构成直接威胁，同时西伯利亚海岸冰期时长也对海洋动物（如海象）的活动和栖息地产生影响。为应对“新北极”下海冰系统的复杂性与不确定性，未来研究需要量化动态和热力学因素在海冰存留事件中的相对贡献，探索年代际信号对楚科奇海西部海冰变化的影响，以进一步提升对北极新常态下海冰极端事件背后的科学理解、区域海冰预测精度及航道风险评估能力。

四、发表信息

研究成果于2025年3月在国际知名期刊《Environmental Research Letters》上发表，题为 “Drivers of the rare persistence of sea ice in the western Chukchi Sea in summer 2024”。中山大学测绘科学与技术学院极地与海洋遥感团队赵羲副教授为通讯作者，硕士研究生龚家兴为文章第一作者。德国阿尔弗雷德·魏格纳极地海洋研究所大气物理研究组Annette Rinke教授、团队首席科学家程晓教授、中国海洋大学王晓宇副教授，我院博士研究生宋利娟、吴怡凡、李博为文章的合作作者。本研究受国家自然科学基金项目（42476257）、国家重点研发计划（2021YFC2801300）、中山大学高校基本科研业务费学科交叉团队项目（24xkjc005）以及欧盟“地平线2020”项目（101003590; PolarRES）的支持。特别鸣谢“中山大学极地”号在北冰洋科学考察计划（FACE2024）中发现此海冰异常现象并提供信息支持。

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