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北极海冰正经历着深刻的变化，年老、崎岖的冰层越来越少，年轻、光滑的冰层越来越多，以意想不到的方式影响着生态系统和冰的动力学。在北极，多年老冰的融化大大减少了压力脊的出现频率和规模。 这些压力脊是浮冰碰撞和堆积时形成的，是北极海冰的显著特征。 虽然它们给航运带来了挑战，但对该地区的生态系统也至关重要。 在《自然-气候变化》 最新发表的一项研究中，阿尔弗雷德-魏格纳研究所的研究人员利用 30 多年来收集的空中勘测观测数据研究了这一趋势。

北冰洋新形成的压力脊特写。 图片来源：Alfred-Wegener-Institut / Andreas Preusser

过去 30 年收集的卫星数据突显了气候变化对北极海冰造成的巨大变化。 夏季冰层覆盖面积不断缩小，浮冰变得越来越薄，其移动速度也在加快。 然而，直到最近，人们还不清楚这些变化对压力脊产生了怎样的影响，因为从太空对这些特征进行可靠的监测只是在过去几年才成为可能。

当风力或洋流等横向力量将浮冰推到一起，使其堆积成数米厚的冰脊时，就会形成压力脊。 冰脊高出水面的部分称为龙骨，通常有一到两米高。 在水线以下，龙骨更加引人注目，最深可达 30 米，并形成船只几乎无法航行的障碍。

这些海脊在北极环境中发挥着至关重要的作用。 它们影响海冰的能量和质量平衡，影响生物地球化学循环和当地生态系统。 当脊帆迎风时，它们可以推动浮冰穿越北极。 对北极熊来说，压力脊是越冬和产仔的重要庇护所。 此外，这些冰脊还为不同营养级的冰缘生物提供栖息地和保护。 它们还通过促进冰下的湍流水混合来提高营养物质的供应。

阿尔弗雷德-魏格纳研究所、亥姆霍兹极地与海洋研究中心（AWI）的一个研究小组重新处理和分析了 30 年来在北极冰层上空进行研究飞行时收集到的激光读数。 调查飞行总长度约为 76，000 公里，首次显示格陵兰岛以北和弗拉姆海峡的压力脊频率每十年下降 12.2%，高度下降 5%。 林肯海的数据也显示了类似的情况：在这里，压力脊的出现频率每十年下降 14.9%，高度下降 10.4%。

该研究的主要作者、AWI 的海冰专家 Thomas Krumpen 博士说："直到现在，我们仍然不清楚压力脊是如何变化的。"越来越多的北极冰在夏季融化，冰龄不超过一年。 这种年轻的薄冰更容易变形，更快地形成新的压力脊。 因此，人们可能会认为它们的出现频率会增加。 尽管如此，压力脊仍在减少，这是因为老浮冰急剧融化。 历经数个夏季的浮冰的特点是压力脊数量特别多，因为它们在更长的时间框架内承受着高压。 这种多年冰的损失非常严重，以至于我们观察到压力脊频率整体下降，尽管薄薄的年轻冰层更容易变形。"

为了就整个北极地区的变化得出结论，研究人员综合了所有观测数据，制定了一个衡量标准。 然后，借助卫星数据，他们将其应用于整个北极地区："我们倾向于在那些冰龄下降最严重的地方看到压力脊的最大下降，"AWI 海冰物理学负责人 Christian Haas 教授总结道。"波弗特海和北极中部都发生了重大变化。 这两个地区现在都是夏季部分无冰，尽管它们曾经被至少有五年历史的冰层所覆盖"。

为了进行这项研究，在勘测飞行中对各个压力山脊及其高度进行了精确测量和分析。 这要归功于低空飞行（距离海面不到 100 米）和激光传感器的高扫描率，从而可以创建地形模型。

AWI 于 20 世纪 90 年代初开始在海冰上空进行科学飞行，从斯瓦尔巴群岛起飞。 当时，研究所使用的是两架多尼尔 DO228 型飞机（极地 2 号和极地 4 号），后来换成了两架巴斯勒 BT-67 型飞机（极地 5 号和极地 6 号）。 这两架飞机是专门为在极地地区的极端条件下飞行而配备的，可以安装一系列传感器。 研究人员利用这些飞机每年两次对格陵兰岛、斯瓦尔巴特群岛和加拿大北部的冰层进行勘测。 不过，"Polarstern"号破冰船上的直升机也是监测计划的一部分。

为了估算观测到的变化对北极生态系统的直接影响，需要建立能够反映不同年龄海冰的物理和生物过程的模型。 虽然我们知道压力脊是一系列生物的家园，但我们对压力脊年龄的作用仍缺乏更深入的了解。 然而，这一方面尤为重要，因为无法度过第一个夏天的海脊比例正在上升。 另一个谜团是：虽然脊帆的大小和频率有所下降，但北极冰的漂移速度却普遍上升。

参与这项研究的 AWI 海冰物理学家 Luisa von Albedyll 博士解释说："实际上，当船帆缩小时，冰的漂移速度应该更慢，因为用于传递动量的面积变小了。 这表明还有其他变化产生了相反的效果。 更强的洋流或因更密集的融化而更光滑的冰底都可能是促成因素。 "

计划在明年夏天用"Polarstern"号考察船进行一次考察，重点调查不同年龄和产地的浮冰和压力脊之间的生物和生物地球化学差异。 与此同时，研究飞机还将进行广泛的空中勘测飞行。

托马斯-克鲁朋（Thomas Krumpen）说"通过将船基观测和空中观测相结合，我们希望能更好地了解海冰、气候和生态系统之间复杂的相互作用--因为只有更好地了解了北极地区的环境系统，我们才能制定出保护和可持续利用北极地区的有效策略"。

编译自/scitechdaily