近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室（LTO）海洋光學研究團隊在海冰透光性溫度響應機制研究方面取得新進展。該研究明晰了海冰漫射衰減系數(shù)對冰溫變化的響應特征及內(nèi)在機制，并揭示了該溫度響應對北冰洋冰藻初級生產(chǎn)及輻射能量傳輸?shù)臐撛谟绊?。相關研究成果發(fā)表于Limnology And Oceanography，博士畢業(yè)生張雨為第一作者，副研究員許占堂為通訊作者。
由于海冰與太陽光的相互作用，海冰的光學特性不僅是氣候變化的一個指標，也是氣候變化的一個放大器。在北極，當太陽短波輻射到達冰表面時，大約70%的年總能量被反射到大氣中，剩余的30%被傳輸?shù)胶１?，并分布在冰層和上層海洋中。對于反射的太陽光線，目前已有完善的海冰反照率正反饋機制來闡釋海冰變化與溫度變化之間的關系。然而，針對海冰和海水系統(tǒng)中光的分布及其對溫度變化的響應知之甚少，相關現(xiàn)象對冰區(qū)生態(tài)環(huán)境的潛在影響也不得而知。
該研究基于2016年至2022年期間于加拿大曼尼托巴大學和中國科學院南海海洋研究所進行的三次海冰光學特性和冰溫的同步觀測實驗，結合2018年和2022年的遼東灣現(xiàn)場驗證觀測，明晰了海冰下行輻照度漫射衰減系數(shù)(the diffuse attenuation coefficient,Kd)與冰溫(ice temperature,Tice)的負相關關系(Tice 1 的變化可導致平均變化0.29 -1)，并發(fā)現(xiàn)Kd對高溫區(qū)間(-9 < Tice< -2 C)的溫度響應要比低溫區(qū)間(-24 < Tice < -9 )更加顯著。根據(jù)Kd-Tice定量關系對北極海冰進行參數(shù)化，估算發(fā)現(xiàn)：在春季光限制條件下，海冰的溫度響應可顯著影響北冰洋冰藻初級生產(chǎn)；而對北冰洋海冰輻射能量傳輸?shù)挠绊懴鄬^弱。
這項研究系統(tǒng)地研究了海冰的溫度響應，在完善海冰光學特性認知的同時，可改善大尺度氣候模式中海冰透光性的參數(shù)化。未來需要對北冰洋海冰的光學特性開展全面的觀測、參數(shù)化和遙感反演研究，以對北冰洋海冰進行更可靠的處理，同時改進海冰溫度響應對北冰洋生態(tài)影響的評估。
該研究由國家自然科學基金項目和廣東省基礎與應用基礎研究基金項目共同資助完成。
相關論文信息：Yu Zhang, Zhantang Xu*, Jens K. Ehn*, Aura Diaz, Yuezhong Yang, A significant change in sea ice diffuse attenuation coefficient with temperature and its implications for the Arctic Ocean, Limnology and Oceanography, 2023. doi: 10.1002/lno.12432
文章鏈接：http://doi.org/10.1002/lno.12432
圖1.下行光譜輻照度漫射衰減系數(shù)與冰溫的同步觀測結果
圖2. 海冰Kd溫度響應對北冰洋冰藻初級生產(chǎn)和海冰輻射能量傳輸?shù)臐撛谟绊懺u估
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