北极是全球气候变化最敏感的地区，其变暖速度是全球其他地区的两倍以上。近30年来，北极海冰快速消融，北冰洋的淡水含量不断增加。北冰洋上层冷而淡的海水不仅对于北极海冰的维持和生物地球化学循环具有重要作用，还能通过改变大西洋经向翻转流的强度，对全球气候产生影响。

目前，北冰洋的淡水含量已成为表征全球气候变化的一项重要指标。之前研究表明，洋流、风场、河流径流等的诸多变化，均会引起北冰洋淡水含量时空分布的改变。随着全球水循环的增速，以地表径流的形式进入北冰洋的淡水也在持续增加。但北冰洋有多大能力来储存新增的淡水？这种储存新增淡水的能力该如何来表征？北冰洋的这一淡水储存能力是一个恒定值，还是随气候系统发生改变？为解答这些问题，依托于自然资源部第一海洋研究所的自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室王世柱博士等人，提出了“北冰洋淡水储能”的新概念，发现了北冰洋淡水储能随气候变暖的非单调响应，为北冰洋淡水含量的诊断和预测提供了新思路。2021年5月26日，这一研究成果在线发表于地球物理学国际知名期刊《Geophysical Research Letters》。

该研究通过开展系列敏感性数值试验，发现随着北极持续增温，北极海冰逐步减少，开放海域的海水与大气直接接触，使得海表应力增加，由欧亚海盆向美亚海盆的Ekman输运作用增强。一方面，欧亚海盆的淡水流向美亚海盆，引起欧亚海盆淡水含量的减少与美亚海盆淡水含量的增加；另一方面，欧亚海盆上层的高盐度大西洋水含量增加，引起欧亚海盆淡水含量的减少。随着Ekman输运和抽吸的进一步增强，大西洋咸水逐渐向美亚一侧扩张，引起美亚海盆淡水含量的相对减少。

淡水水平输运和大西洋咸水增加这两种过程之间的相互作用，使北冰洋淡水总含量随海冰减少呈现出先增加后减少的趋势。而随着注入北冰洋地表径流的增加，这两种过程的相对强度发生变化，具体表现为：河流径流增多，为欧亚海盆提供了更多的淡水来源，可以在一定范围内抑制大西洋咸水引起的淡水含量减少趋势，其结果使得不同地表径流情景下淡水含量的标准化差值，即“北冰洋淡水储能”，也随海冰减少呈现出先增加后减少的变化。在将来的极端变暖条件下，北冰洋淡水储能显著减小。这一变化可能对局地和全球气候系统对水循环变化的响应产生较大影响。

该研究得到了国家自然科学基金和德国科学基金会的资助，论文第一作者是王世柱博士，主要合作者包括德国AWI极地研究所的Qiang Wang博士、自然资源部第一海洋研究所的舒启博士和宋振亚研究员等，通讯作者是乔方利研究员。

论文链接： https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL090951

（a）控制实验中北冰洋盐度垂向分布和（b-f）5种气候变暖情景下盐度垂向分布的变化。紫线：30.5 psu等盐度线；蓝线：34.8 psu等盐度线。可以看出，随着气候变暖和海冰的逐渐减少，欧亚海盆的盐度升高，美亚海盆30.5 psu等盐度线先降低后升高，即海盆盐度先减小后增大，淡水含量先增加后减少。