弗拉姆海峡与东西伯利亚海近百年来的海冰变化异同及机制探讨

Sea ice is a critical component in the global climate system that contributes to changes in the Earth’s albedo and deep water formation, a driving mechanism for global thermohaline circulation. Observations during the past several decades document substantial, accelerating retreat and thinning of the Arctic sea-ice cover. The Fram Strait is of a special importance being the main gateway for the ice export from the Arctic Ocean and in that way for the freshwater fluxes into the North Atlantic. The East Siberian Sea is one of the Arctic Ocean marginal seas where sea ice forms. Due to lack of sediment cores and poor temporal resolution, both the Fram Strait and East Siberian Sea sea-ice reconstructions are sparse. This underlines the importance of quantitative reconstructions of sea-ice variability in Fram Strait (export) and the East Siberian Sea (source), and systematical studies on the linkage between them over the last century. .The main objectives of this project are: 1) to reconstruct high-resolution sea-ice concentrations in Fram Strait and the East Siberian Sea over the last century based on diatom-sea ice transfer functions and other proxy records. 2) to investigate the relationship between sea-ice variations in Fram Strait and the East Siberian Sea. 3)to document the dynamics of sea-ice variability over the last century and test the linkages between sea-ice variability and changes in external forcing (e.g. Solar forcing), ocean currents and atmospheric circulation patterns (e.g. NAO/AO).

东西伯利亚海与弗拉姆海峡为北极海冰的主要源地与输出口，了解这两大海域的海冰变化异同及驱动机制，对于预测未来全球气候变化具有十分重要的意义。本项目拟分别建立弗拉姆海峡及东西伯利亚海的表层沉积硅藻-现代环境变量数据库，在此基础上，构建适用于弗拉姆海峡及东西伯利亚海的硅藻-海冰转换函数。系统分析弗拉姆海峡3个高分辨率钻孔及东西伯利亚海2个多管孔近百年来的沉积硅藻记录，探讨硅藻组合变化与海冰之间的关系。运用弗拉姆海峡与东西伯利亚海硅藻-海冰转换函数定量重建这两大海域近百年来的海冰变化，并将其与有孔虫、生物标志物的重建结果进行对比。其最终目标是研究海冰主要源地—东西伯利亚海与主要输出口—弗拉姆海峡近百年来海冰变化的相关性及内在联系，探讨其对海流系统、大气环流（如NAO/AO）、太阳辐射等变化的响应机制。

项目组首先对东西伯利亚海、楚科奇海和拉普捷夫海海域的表层沉积硅藻和现代海洋环境变量之间的关系进行了系统分析，发现夏季和秋季海冰密集度、夏季表层海水温度和秋季表层海水盐度是影响研究区表层硅藻分布特征的主要因素。其次，项目组分析了格陵兰沿岸海域近千年来的硅藻丰度以及生物硅变化，并结合转换函数方法，重建了该海域的海水表层温度变化，探讨了格陵兰沿岸海域近千年来生产力的变化及其与夏季海水表层温度及海冰覆盖之间的关联。中世纪暖期，硅藻丰度和生物硅含量较高，指示较高的海洋生产力，研究区海水表层温度也较高。小冰期期间，海水表层温度下降，生物硅波动变化，表明研究区海洋生产力不稳定。然后，项目组通过分析弗拉姆海峡南部东格陵兰沿岸的硅藻、冰筏碎屑含量变化及分布，并结合格陵兰冰芯记录，重建了全新世以来弗拉姆海峡南部冰盖的演化历史，并探讨了太阳辐射及海洋环流对冰盖演化的影响机制。早全新世，较高的太阳辐射使得印明格暖流增强，海水表层温度升高，海冰覆盖面积减小；中全新世以来，随着东格陵兰寒流的增强，海冰覆盖增加，抑制了印明格暖流对研究区的影响，这种海洋环境的转变与北半球夏季太阳辐射的减少有关。此外，项目组还对北极太平洋扇区沉积物钻孔的硅藻组合、蛋白石含量以及海水表层温度变化进行了分析与研究，探讨了极地海水层化对海-气CO2交换以及海洋生产力的影响。波令-阿德罗暖期，北极太平洋扇区CO2的释放导致大气中CO2增加；北极太平洋扇区海水层化减弱，深层水上涌导致其与富营养的太平洋中层水垂直混合增强使得生产力较高。最后，项目组对北大西洋两个沉积物钻孔进行了硅藻分析，并利用转换函数方法，重建了该海域末次冰消期以来的夏季海水表层温度变化。晚冰期和全新世海水表层温度均存在变化，但晚冰期海水表层温度变化幅度大于全新世。与北大西洋其他海洋记录比较表明，晚冰期和前北方期期间，研究区和北大西洋东部的海洋气候响应之间存在反相关系。