问题:南极海冰边缘的冰间湖面积不大,却是影响全球海洋环流、碳循环和极地生态的重要环节。随着全球变暖,南极海冰的季节性变化、冰架融化以及海气交换格局都可能调整,进而影响南极底层水生成和深海储碳能力。风浪强、浮冰密集、能见度低的条件下,如何获取稳定、可比的长期观测数据,并将其转化为可验证的气候变化证据,已成为南大洋研究的核心任务之一。 原因:冰间湖备受关注,关键在于其独特的物理过程与生物地球化学过程紧密耦合。一上,冬季强风和极端低温作用下,冰间湖表层反复结冰并排盐,形成更冷、更咸、更密的海水下沉,推动深层水团生成,是维系全球“深海输送带”的重要驱动之一。另一上,冰间湖的形成机制并不单一,既可能由南极大陆冷干气流吹离海冰形成,也可能因深层较暖水体上涌、融化海冰而出现。不同成因会带来不同的海冰变化、海气通量特征和底层水生成强度,因此需要不同季节、不同区域开展对比观测,才能厘清变化的来源与机制。 影响:对南极底层水生成的观测,关系到全球气候系统的稳定性。底层水形成后,会将热量、盐分及碳等物质从大气与海洋表层输送至深海并长期封存,深刻影响全球温室气体收支和海洋生态环境。同时,冰间湖在春夏季常呈现“高生产力窗口”特征:充足日照叠加深层营养盐补给,容易触发海洋微藻快速繁殖,为磷虾等关键物种提供基础食物来源,并吸引鱼类、企鹅和鲸类等上层生物集聚,成为南极海域生物多样性与能量流动的重要场景。一旦冰间湖的物理过程发生改变,影响可能沿食物网逐级传导,改变区域生态结构与资源分布。 对策:本次“雪龙”号在阿蒙森海冰间湖开展多学科作业,重点采用“连续观测+现场采样”的方式,尽量将航次的阶段性观测延伸为可追踪的长期序列。其一,围绕冰间湖垂向对流与底层水生成该关键环节,考察队通过水体结构观测捕捉对流信号,为解释不同水团的形成与转化提供直接依据。其二,回收锚碇式潜标观测系统,获取覆盖不同水层的一年连续记录。相比海面浮标易受冰山和浮冰损毁,潜标整体布放于水下,可在严酷海况下保持稳定运行,持续采集温度、盐度、流速等基础数据,并获取沉降颗粒物等样品,为评估底层水生成速率变化、冰架融化影响及生态响应提供更可靠的观测支撑。其三,沉积物捕获器等装置为解析“海洋碳泵”提供样品。南大洋在全球碳循环中地位突出,冰间湖将表层固定的碳向深海输出的效率被认为较高。连续观测有助于量化藻类对碳输出的贡献,识别影响碳汇强度的关键控制因素,构建更完整的年际碳循环图景,为提升气候模型预测能力提供参数和验证依据。 前景:极地环境变化具有放大效应,南极底层水与碳汇的细微波动,可能在更长时间尺度上影响全球气候与海洋生态安全。随着我国极地观测能力和自主仪器研发水平提升,结合长期潜标序列、化学与生物观测以及多航次对比研究,有望在冰间湖形成机制差异、底层水生成对海冰变化的敏感性、碳输送效率的年际波动诸上形成更系统的认识。未来,继续拓展观测网络、加强数据共享与综合分析,将为国际社会评估南大洋碳汇能力、研判气候变化趋势提供更坚实的科学依据。
南极冰间湖研究既是对自然过程的认识,也是面向未来的科学准备。每一次数据采集与分析,都在完善地球气候记录,为预测未来变化提供依据。在全球变暖持续加深的背景下,深入理解南极该关键区域的物理、化学与生物过程,有助于制定更有针对性的气候应对策略。中国在南极科学考察中的持续投入与技术创新,也将为全球气候研究与治理提供更多高质量的观测数据和科学支撑。