北極海冰正經歷著深刻的變化，年老、崎嶇的冰層越來越少，年輕、光滑的冰層越來越多，以意想不到的方式影響著生態系統和冰的動力學。在北極，多年老冰的融化大大減少了壓力脊的出現頻率和規模。 這些壓力脊是浮冰碰撞和堆積時形成的，是北極海冰的顯著特徵。 雖然它們給航運帶來了挑戰，但對該地區的生態系統也至關重要。 在《自然-氣候變遷》 最新發表的一項研究中，阿爾弗雷德-魏格納研究所的研究人員利用30 多年來收集的空中勘測觀測資料研究了這一趨勢。

北冰洋新形成的壓力脊特寫。 圖片來源：Alfred-Wegener-Institut / Andreas Preusser

過去30 年收集的衛星數據突顯了氣候變遷對北極海冰造成的巨大變化。 夏季冰層覆蓋面積不斷縮小，浮冰變得越來越薄，其移動速度也正在加速。 然而，直到最近，人們還不清楚這些變化對壓力脊產生了怎樣的影響，因為從太空​​對這些特徵進行可靠的監測只是在過去幾年才成為可能。

當風力或洋流等橫向力量將浮冰推在一起，使其堆積成數公尺厚的冰脊時，就會形成壓力脊。 冰脊高出水面的部分稱為龍骨，通常有一到兩公尺高。 在水線以下，龍骨更加引人注目，最深可達30 米，並形成船隻幾乎無法航行的障礙。

這些海脊在北極環境中發揮著至關重要的作用。 它們影響海冰的能量和質量平衡，影響生物地球化學循環和當地生態系統。 當脊帆迎風時，它們可以推動浮冰穿越北極。 對北極熊來說，壓力脊是越冬和產仔的重要庇護所。 此外，這些冰脊也為不同營養等級的冰緣生物提供棲息地和保護。 它們還透過促進冰下的湍流水混合來提高營養物質的供應。

阿爾弗雷德-魏格納研究所、亥姆霍茲極地與海洋研究中心（AWI）的研究小組重新處理和分析了30 年來在北極冰層上空進行研究飛行時收集到的雷射讀數。 調查飛行總長度約76，000 公里，首次顯示格陵蘭島以北和弗拉姆海峽的壓力脊頻率每十年下降12.2%，高度下降5%。 林肯海的數據也顯示了類似的情況：在這裡，壓力脊的出現頻率每十年下降14.9%，高度下降10.4%。

研究的主要作者、AWI 的海冰專家Thomas Krumpen 博士說：”直到現在，我們仍然不清楚壓力脊是如何變化的。”越來越多的北極冰在夏季融化，冰齡不超過一年。 這種年輕的薄冰更容易變形，更快形成新的壓力脊。 因此，人們可能會認為它們的出現頻率會增加。 儘管如此，壓力脊仍在減少，這是因為老浮冰急劇融化。 歷經數個夏季的浮冰的特徵是壓力脊數量特別多，因為它們在更長的時間框架內承受高壓。 這種多年冰的損失非常嚴重，以至於我們觀察到壓力脊頻率整體下降，儘管薄薄的年輕冰層更容易變形。 “

為了就整個北極地區的變化得出結論，研究人員綜合了所有觀測數據，制定了一個衡量標準。 然後，借助衛星數據，他們將其應用於整個北極地區：”我們傾向於在那些冰齡下降最嚴重的地方看到壓力脊的最大下降，”AWI 海冰物理學負責人Christian Haas 教授總結道。 “波弗特海和北極中部都發生了重大變化。 這兩個地區現在都是夏季部分無冰，儘管它們曾經被至少有五年曆史的冰層所覆蓋”。

為了進行這項研究，在勘測飛行中對各個壓力山脊及其高度進行了精確測量和分析。 這要歸功於低空飛行（距離海面不到100 公尺）和雷射感測器的高掃描率，從而可以創建地形模型。

AWI 於20 世紀90 年代初開始在海冰上空進行科學飛行，從斯瓦爾巴群島起飛。 當時，研究所使用的是兩架多尼爾DO228 型飛機（極地2 號和極地4 號），後來換成了兩架巴斯勒BT-67 型飛機（極地5 號和極地6 號）。 這兩架飛機是專門為在極地地區的極端條件下飛行而配備的，可以安裝一系列感測器。 研究人員利用這些飛機每年兩次對格陵蘭島、斯瓦爾巴群島和加拿大北部的冰層進行勘測。 不過，”Polarstern”號破冰船上的直升機也是監測計畫的一部分。

為了估算觀測到的變化對北極生態系統的直接影響，需要建立能夠反映不同年齡海冰的物理和生物過程的模型。 雖然我們知道壓力脊是一系列生物的家園，但我們對壓力脊年齡的作用仍缺乏更深入的了解。 然而，這一方面尤其重要，因為無法度過第一個夏天的海脊比例正在上升。 另一個謎團是：雖然脊帆的大小和頻率有所下降，但北極冰的漂移速度卻普遍上升。

參與這項研究的AWI 海冰物理學家Luisa von Albedyll 博士解釋說：”實際上，當船帆縮小時，冰的漂移速度應該更慢，因為用於傳遞動量的面積變小了。這表明還有其他變化產生了相反的效果。

計劃在明年夏天用”Polarstern”號考察船進行一次考察，重點調查不同年齡和產地的浮冰和壓力脊之間的生物和生物地球化學差異。 同時，研究飛機也將進行廣泛的空中勘測飛行。

托馬斯克魯朋（Thomas Krumpen）說”透過將船基觀測和空中觀測相結合，我們希望能更好地了解海冰、氣候和生態系統之間複雜的相互作用–因為只有更好地了解了北極地區的環境系統，我們才能製定出保護和永續利用北極地區的有效策略”。

編譯自/ scitechdaily