Antarctic ice sheet - climate feedbacks under high future carbon emissions
来自退缩的南极冰盖的淡水强迫可能对未来全球气候产生广泛的影响。在这里，我们报告了多世纪（现在-2250年）的气候模拟，使用完全耦合的数值模式集成在未来的温室气体排放情景IPCC RCP 4.5和8.5，与融水排放的动态-热力学冰盖模型。考虑到南极洲的融水贡献，冰缘的次表层海洋温度上升了1摄氏度，超过了目前预测的速度。相比之下，南大洋2-10摄氏度的表面空气和海洋温度较低，导致海冰扩大，推迟了预计的全球平均人为变暖的增加。此外，北极冬季海冰的预计损失和大西洋经向翻转环流的减弱推迟了几十年。我们的研究结果表明，如果我们要做出可靠的气候预测，显然需要更准确地解释冰盖融水的输入。
2020-05-19 physics.ao-ph
1150 year long ice core record of the Ross Sea Polynya, Antarctica
了解南极冰间湖（如罗斯海和威德尔海）过去的行为有助于了解生物生产力、海冰产生、下降风和南半球西风（SHW）风强度、南极底层水（ABW）的形成和海洋CO2封存。先前的研究将钡（Ba）海洋沉积作用与冰泥沉积物初级生产力联系起来（Bonn等人，1998; McManus等人，2002; Pirrung等人，2008年），冰间湖面积下降风强度和近端气旋（Bromwich等人，1998; Drucker等人，2011年），并强调罗斯冰架产犊事件对罗斯海Polynya（RSP）的影响（Rhodes等人，2009年）。在这里，我们使用RICE冰芯，距离罗斯冰架前沿仅120公里，以捕获1150年的RSP行为。我们链接大气Ba波动Ba海洋沉积作用在夏季罗斯海Polynya，创建第一个深冰芯为基础的RSP代理。RSP面积目前是我们1150年记录中观测到的最小的，并且在整个小冰期随着与罗斯海气旋相关的阿蒙森海低压（ASL）强度的波动而变化。过去的RSP重建使我们能够预测RSP区域对未来气候变化的未来响应，考虑到最近威德尔海Polynya响应于人为强迫而消失，这是特别感兴趣的（de Lavergne等人，2014年）。
2020-05-29 physics.ao-ph
Reconstruction of Antarctic sea ice thickness from sparse satellite laser altimetry data using a partial convolutional neural network
本文利用部分卷积神经网络融合ICESat与ICESat-2稀疏激光测高数据，重建了5天、12.5 km分辨率的泛南极海冰厚度数据集，经ULS验证精度优于现有四种数据集，并具备近实时更新与业务监测预报价值。
2025-05-02 physics.ao-ph physics.geo-ph
Sea ice and methane
1)南部高纬度地区大气甲烷的年循环与南极海冰范围有极高的相关性。2)北极大气甲烷的年循环与南极或北极加南极海冰范围高度相关。3)我们认为，全球大气甲烷的年循环主要是由南极海冰动力学驱动的，相对较强的影响，从其他通量（可能是生物）在北半球。4)我们建议脱气过程中海冰冻结和温度依赖的溶解度在海洋中占主导地位的年度甲烷循环。5)结果提供证据表明，碳循环途径，参数和预测必须重新评估。
2020-09-07 physics.ao-ph physics.geo-ph
Evolving understanding of Antarctic ice-sheet physics and ambiguity in probabilistic sea-level projections
冰架水力压裂和冰崖崩塌等机制可能会迅速增加海洋冰盖的流量。在这里，我们链接到一个小合奏的南极冰盖（AIS）模拟纳入这些物理过程，探讨其对全球平均海平面（GMSL）和相对海平面（RSL）的影响海平面预测的概率框架。我们使用专家评估和结构化专家启发AIS变化的新的预测与过去的结果进行比较。在高温室气体排放下（代表性浓度途径[RCP] 8.5），21世纪GMSL上升的中位数预计从79厘米增加到146厘米。如果没有保护措施，到2100年，修订后的RSL预测中值将达到1.53亿人，增加4400万人。物理模型的使用，而不是简单的参数化假设冰损失的恒定加速，增加强迫敏感性：中央90%的模拟2100年RCP 8.5（93-243厘米）和RCP 2.6（26-98厘米）之间的重叠是最小的。到2300年，RCP 8.5和RCP 2.6的GMSL中位数估计值之间的差距达到10米以上，RCP 8.5的RSL中位数预测危及目前9.5亿人居住的土地（RCP 2.6为1.67亿人）。到2050年AIS对GMSL的贡献与2100年及以后的贡献之间的最小相关性意味着目前的海平面观测不能排除未来的极端结果。2050年后的预测对极不确定的物理学的敏感性突出表明，需要有强有力的决策和适应性管理框架。
2017-11-04 physics.ao-ph
Drift of pancake ice floes in the winter Antarctic marginal ice zone during polar cyclones
高时间分辨率的现场测量莲叶冰漂移，从一对浮标部署在浮冰在南极边缘冰区在冬季海冰扩张，超过9天，在该地区受到四个极地气旋。同时测量的波在冰活动的浮标被用来推断，莲叶冰的条件下，至少在前七天保持。数据分析显示：（i）南大洋漂移速度空前快;（ii）漂移速度与表面风速高度相关，表明在100%遥感冰浓度中，距边缘100 km处不存在内部冰应力$>$;（iii）存在周期为13 h的强惯性信号。一个拉格朗日自由漂移模型的开发，包括一个条款的地转流再现13\，h周期签名的冰运动。校准的模型被证明可以提供准确的预测冰漂移长达2\，0天，校准的参数提供风和海洋阻力的估计煎饼浮冰在风暴条件下。
2019-06-26 physics.ao-ph physics.geo-ph
Multiscale Decomposition Reveals Predictable Interannual Variability and Climate Trends in Antarctic Sea Ice Loss
The Alan Turing Institute（艾伦·图灵研究所）；Department of Cyrospheric and Atmospheric Sciences, University of Innsbruck（因斯布鲁克大学冰冻圈与大气科学系）；British Antarctic Survey（英国南极调查局）；Autodesk Research（欧特克研究院）
本研究利用基于动态模态分解的多尺度分解方法，从卫星观测中提取南极海冰浓度的时空模式，揭示了2014-2017年海冰骤减和随后恢复是由年际模态相互作用所致，并发现2012年出现的气候变化信号到2022年已主导年际变率；提出的预测模型IceDMD可提前两年预测海冰异常，性能优于现有方法且计算成本极低。
2026-06-02 physics.ao-ph
Advancing global sea ice prediction capabilities using a fully-coupled climate model with integrated machine learning
Princeton University（普林斯顿大学）；NOAA, Geophysical Fluid Dynamics Laboratory（美国国家海洋和大气管理局，地球物理流体动力学实验室）；Earth System Science Interdisciplinary Center, University of Maryland（马里兰大学，地球系统科学跨学科中心）；Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University（纽约大学，柯朗数学科学研究所）；Center for Data Science, New York University（纽约大学，数据科学中心）；Science Applications International Corporation（科学应用国际公司）
本研究利用完全耦合气候模型与集成机器学习，显著提升全球海冰预测能力，通过引入反馈机制减少预测误差。
2025-05-23 physics.ao-ph
Apparent ice accumulation rate in East Antarctica: Relation with temperature and thinning pattern
本文提出可校正冰盖一般减薄且对年代尺度误设稳健的经验统计模型，基于多地点冰芯数据证实东南极过去800千年温度每升1°C积累率增加5%至8%，并发现指数减薄后趋于饱和。
2023-09-24 physics.ao-ph stat.CO
RIS-Vis: A Novel Visualization Platform for Seismic, Geodetic, and Weather Data Relevant to Antarctic Cryosphere Science
本文开发了RIS-Vis数据可视化平台，用于分析地震、大地测量和气象数据以监测南极罗斯冰架稳定性，通过抽象原始数据处理过程助力科学家专注冰冻圈研究。
2024-08-22 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ao-ph
Estimate of the Globing Warming Caused by the Retreat of Polar Sea Ice
温室气体CO2、CH 4和N2 O（GHG）在大气中的浓度不断增加通常被认为是过去几十年全球变暖的主要原因。然而，报告的温度数据并没有显示出与1880年以来浓度变化的简单相关性，因此其他原因也被认为是显着的。这方面的一个重要特征是近年来观察到的极地冰盖的缩小。我们研究了自1955年以来全球海冰损失对全球平均温度的直接影响，估计了相应的陆地温度下降。使用一个简单的一维模型计算的全球变暖的表面是由温室气体的增加和温室气体的变化。计算得出1880年至1955年期间温室气体的适度影响为0.08 K，1955年至2015年进一步增加0.18 K。后期极地海冰（MSI）融化对全球变暖的贡献较大，约为0.55 +/-0.05 K，明显超过温室气体的贡献，可与过去60年观测到的全球升温1.0 +/-0.1 K相比较。我们的数据还表明，全球平均温度的延迟响应的海冰损失的时间常数约为20年。讨论了理论模型的有效性以及温室气体增暖与MSI效应之间的相互关系。
2018-04-10 physics.ao-ph physics.geo-ph
Controls on the ocean response to idealized Antarctic meltwater input
Courant Institute School of Mathematics, Computing, and Data Science, New York University（纽约大学柯朗数学科学研究所）；Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所）
研究通过理想化单盆地海洋模拟，探讨海洋输送和区域海平面调整时间尺度对模型分辨率、参数及融水深度的影响，揭示了海洋物理和预工业状态对冰架融水通量动态响应的重要性。
2026-03-16 physics.ao-ph
The Antarctic circumpolar wave and its seasonality: Intrinsic traveling modes and ENSO teleconnections
通过非线性拉普拉斯谱分析（NLSA），在南大洋的年际变化进行了研究，非线性动力系统，可以同时恢复多个时间尺度的数据与高技能的目标特征分解技术。应用模拟和观测的海面温度和海冰浓度数据，NLSA恢复了与南极绕极波（ACW）相对应的波数-2东向传播信号。在其生命周期的某些阶段，这种模式的空间模式显示了一种结构，可以解释南极偶极子模式的统计起源。另一组模态的组合频率与ACW对年周期的调制一致。对这些新发现的模式的进一步研究表明，它们既可以向东传播，也可以向西传播，并结合了令人想起北极海冰重新出现模式的纬向脉动。此外，他们表现出较小规模的空间结构，并解释更多的印度洋方差比主要ACW模式。我们将这些模态归因于ACW和热带印度-太平洋之间的遥相关，特别是基本ENSO模态及其与NLSA恢复的年周期的组合模态。从南极变量中提取的另一种模式显示了南大洋上向东传播的波数3结构，但与印度洋-太平洋年际变率没有很强的相关性。
2018-05-15 physics.ao-ph
An Estimate of the Surface Pollution of the Arctic Sea Ice
北极海冰是北半球气候的一个重要能量库。在过去的几十年里，极地冰层的萎缩减少了储存的能量，并引起了对未来气候变化的严重关注。[1-4]本文作者[5，6]的模型计算表明，过去50年中全球变暖的一半与海冰的退缩直接相关，而原因尚不清楚，例如表面污染的作用[7-10]。我们分析了1979年至2018年北部海冰的年度融化和冻结数据[11]，以获得一些见解。从我们的简单模型中可以推导出两个特征：（i）最近的结果[12，13]证实，大约60%的海冰损失源于向北极地区的能量输送。(ii)我们发现的证据表明，其余部分的冰撤退源于增加太阳辐射的表面吸附，显然是由于上升的表面污染的海冰。虽然这一现象以前被认为是由几个作者在定性的方式，我们的分析有助于半定量信息的情况。我们估计，在过去的50年里，光吸收气溶胶在海冰上的相关沉降增加了17 +/-5%。在融化区域额外沉积3 +/-1%的太阳辐射导致冰退缩。回顾冰损失对陆地气候的重要作用，[3，5，9]北极空气污染的降水似乎是全球变暖的一个重要因素。
2019-12-04 physics.ao-ph physics.geo-ph
CloudSat-inferred vertical structure of precipitation over the Antarctic continent
目前的全球变暖正在导致极地降雪量的显著变化，直接影响冰盖的质量平衡。南极洲唯一的供水--降水量--从地表测量中得到的估计很差。CloudSat卫星上的云廓线雷达为估计大陆范围的降水量提供了第一次真正的机会。基于CloudSat观测资料，对2007-2010年南极地区降水的垂直结构进行了研究。根据地形方法（大陆与周边地区，2250米地形标准）对该数据集进行的第一次划分显示，在周边地区，降水率较高（在地面以上1200米处为275 mm/年），相对季节变化较低（+/-11%）。在高原上，降水率很低（在1200m.a.g.l.时为34 mm/年）。相对季节变化大得多（+/-143%）。第二项研究遵循地理划分，突出了取决于区域的降水和温度的平均垂直结构及其与地形的相互作用。特别是在冰架上，我们看到降水分布对海冰覆盖的强烈依赖。最后分析了降水量与温度的关系，并与一个简单的解析关系进行了比较。这项研究强调，降水在很大程度上取决于沿地形坡度的平均垂直风速为0.02m/s的气团平流。这提供了新的诊断，以评估气候模式与降水的大气结构的三维方法。
2019-11-16 physics.ao-ph
Wave-induced erosion and notch development at the Fimbul Ice Shelf front
Norwegian University of Science and Technology (NTNU)（挪威科技大学）；Université de Caen Normandie（诺曼底卡昂大学）；Norwegian Polar Institute（挪威极地研究所）
该研究扩展了White（1980）侵蚀公式，结合ROV剖面数据建立模型，发现其预测的芬布尔冰架前缘水位线侵蚀量仅为卫星观测退缩量的约1/2.4，剩余差异或源于破波湍流、崩冰等因素。
2026-08-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Simulation-Based Inference of Surface Accumulation and Basal Melt Rates of an Antarctic Ice Shelf from Isochronal Layers
Max Planck Institute for Intelligent Systems（马克斯·普朗克智能系统研究所）
提出利用雷达等时层与运动学正演模型，并通过基于模拟的贝叶斯推断同时反演南极冰架表面积累率和基底融化率及其不确定性。
2023-12-03 cs.LG physics.ao-ph physics.geo-ph
West Antarctic Meltwater can Prevent an AMOC Collapse
Utrecht University（乌得勒支大学）；Centre for Complex Systems Studies, Utrecht Univeristy（乌得勒支大学复杂系统研究中心）
本研究针对西南极冰盖融水对大西洋经向翻转环流的影响，通过CLIMBER-X模型实验发现其能提升环流对格陵兰融水的恢复力，甚至可完全阻止其崩溃，该效应适用于高排放情景下的冰盖变化轨迹。
2025-02-24 physics.ao-ph physics.geo-ph
An Early Warning Sign of Critical Transition in The Antarctic Ice Sheet -- A Data Driven Tool for Spatiotemporal Tipping Point
Clarkson University（克拉克森大学）
我们最近开发的工具，称为定向亲和分割，最初是专为数据驱动的流体系统中的相干集的发现。在这里，我们解释说，它也可以用来指示早期预警信号的关键过渡冰架从遥感数据。我们应用有向谱聚类方法，包括一个不对称的亲和矩阵和相关的有向图拉普拉斯算子，重新处理的冰速度数据和遥感卫星图像的拉森C冰架。我们的工具已经能够从历史数据中模拟预测历史事件，断层线负责导致拉森C冰架裂缝破裂的关键过渡，导致A68冰山。使用过去的数据来预测现在也是过去的事件的方法的这种基准有时被称为事后预测，类似于对未来的预测。我们的方法在实际发生前几个月就预测到了即将到来的危机。
2020-12-31 cs.LG eess.IV math.DS
Arctic Sea Ice and the Mean Temperature of the Northern Hemisphere
许多作者都认识到了北半球积雪和冰覆盖范围的重要性，从而导致地表反射率对气候的正反馈。事实上，北极海冰的退缩伴随着北极地区太阳输入的增强，即陆地辐射的减少。在过去的六十年里，我们一直在研究这种影响，并估计了北半球相应的全球变暖。使用一个简单的一维模型，其中包括温室气体的同时增加。结果表明，在1955 - 2015年，后者仅直接导致0.2 K的温度升高，而同期北极海冰损失的温度升高幅度则高达0.7 +/- 0.2 K。这些数字包括了北半球报告的平均温度上升1.2 +/- 0.2 K的大部分。海冰退缩的起源进行了讨论，例如内部变化或反馈的CO2浓度增加。我们的数据还表明，全球地面温度上升的延迟响应海冰的损失与时间常数约10至20年。
2017-06-19 physics.ao-ph physics.geo-ph
Emulation with uncertainty quantification of regional sea-level change caused by the Antarctic Ice Sheet
University of Missouri（密苏里大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）
针对南极冰盖相关区域海平面变化模拟成本高的问题，本研究构建神经网络仿真器，结合线性回归后处理实现不确定性量化，精度媲美基线模型且计算速度提升约100倍。
2025-11-16 cs.LG physics.ao-ph stat.ML
Analysis and prediction of changes in the temperature of the pure freshwater ice column in the Antarctic and the Arctic
本文研究了一个模拟地球两极淡水冰温度分布的一维非定常热传导方程的初边值问题。数学模型的建立考虑了固-液相变。利用气象站资料确定模型参数，得到计算区域必要的物理和热物理特性。对于该问题的数值解，采用有限体积法（FVM）。对于所获得的周期性制度，温度与深度的依赖性，每个月绘制，和深度的活动层，以及深度为零的年度振幅被发现为每个气象站。对2100年冰温状况的预测是针对全球变暖的三种代表性浓度路径（RCP）情景进行建模的：中度RCP2.6，对应于RCP 7的当前排放量，并在2015年RCP1.9的巴黎协定中采用。通过分析气温上升0.5摄氏度对其他地区的影响，通过国际社会的适当努力，人类和整个地球面临的各种风险明显减少。因此，所进行的建模证实了降低全球变暖速度的必要性。
2021-06-16 physics.ao-ph physics.geo-ph
An Antarctic ice core recording both supernovae and solar cycles
冰芯被认为含有丰富的过去气候信息，它们记录天文现象的可能性也被讨论过。1979年，Rood等人首次提出，在南极冰芯深度剖面中观察到的硝酸根离子（NO3-）浓度峰值可能与已知的历史超新星（SNe），Tycho（AD 1572），Kepler（AD 1604）和SN 1181（AD 1181）有关。然而，他们的发现并没有得到不同小组使用不同冰芯进行的后续检查的支持，结果仍然存在争议和混乱。在这里，我们提出了一个精确的分析冰芯钻在2001年在圆顶富士站在南极洲。它揭示了从10世纪到11世纪的三个非常重要的NO3-峰值。其中两个与SN 1006（AD 1006）和蟹状星云SN（AD 1054）重合，在我们基于已知火山信号的绝对测年的不确定性范围内。此外，通过对测量的NO3浓度变化进行时间序列分析，我们发现了非常明确的证据，表明太阳调制可以解释11年的周期性。这是在伽利略用望远镜进行具有里程碑意义的太阳黑子研究之前的一段时间内首次观察到明显的11年太阳周期之一。这些发现对冰芯和银河系SN和太阳活动历史的定年具有重要意义。
2009-02-19 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Model predictions of wave overwash extent into the marginal ice zone
本文提出了一个波浪驱动过洗进入海冰浮冰场范围的模型。范围模型建立在以前的工作建模波过洗的一个单一的浮冰由规则波，包括不规则的传入波和随机浮冰场。该模型对实验室实验进行了验证。然后，它被用来研究的程度波过洗到边缘冰区组成的煎饼和破碎的浮冰场。波浪条件和絮凝体的几何形状对预测范围的影响进行了研究。最后，该模型被用来预测在2017年冬季（7月）南极航行期间观察到的条件下的波浪过洗程度，其中海面由立体相机系统监测。
2022-04-08 physics.ao-ph
Impacts of Antarctic fast dynamics on sea-level projections and coastal flood defense
管理未来海平面上升带来的风险的战略取决于对内在不确定性的合理描述。其中一个主要的不确定因素是，全球气温上升可能导致大部分南极冰盖迅速解体。这可能导致未来几个世纪海平面上升数米。以往的研究通常是沉默的两个耦合的问题：（一）这种“快速动态”的贡献，海平面上升的概率估计是什么？(ii)沿海洪水风险管理战略的含义是什么？在这里，我们提出了到2100年海平面上升的概率后报和预测。快速动力学机制是近似的一个简单的参数化，旨在允许仔细量化的不确定性，其贡献海平面上升。我们估计，全球气温上升1.9至3.1°C与南极快速解体相吻合，这些贡献导致本世纪海平面上升21-74厘米（5-95%范围，代表性浓度路径8.5）。我们使用一个简单的成本效益分析海岸防御演示教学练习如何忽视这一机制和相关的不确定性可以（i）导致战略大大低于保护目标和（ii）增加预期的净成本。
2017-06-19 physics.ao-ph
Simulating surface height and terminus position for marine outlet glaciers using a level set method with data assimilation
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；Trinity Western University（三一西部大学）
本研究构建了耦合浅架近似（SSA）与水平集方法、结合集合变换卡尔曼滤波的数据同化冰流模型，经理想化冰川和Helheim Glacier实验验证，可更准确追踪冰川动态，提升冰盖短期预测精度。
2022-01-28 cs.LG physics.ao-ph physics.comp-ph
Surrogate sea ice model enables efficient tuning
预测海冰覆盖的变化对航运、生态系统监测和气候建模至关重要。然而，目前的海冰模型预测北极的冰比观测到的要多，而南极的冰要少。改进这些基于物理的模型对观测的拟合是具有挑战性的，因为模型运行成本高，因此优化成本高。在这里，我们构建了一个机器学习代理，模拟改变模型物理对洛斯阿拉莫斯海冰模型（CICE）预测海冰面积的影响。我们使用的代理模型，调查CICE的敏感性的参数变化的管理：冰的脊和冰;雪的冰，老化，和热导系数;的影响，融水对冰;和池塘对冰的影响。我们发现，CICE的敏感性，这些模型参数不同的半球之间。我们建议，未来的海冰建模分离的雪的电导率和雪粒度分布的季节性和半球间的基础上，我们建议这些参数的最佳值。这将使我们有可能制作出更符合北极和南极海冰观测结果的模型。这些结果表明，一个领先的海冰模型的行为的重要方面，可以捕捉到一个相对简单的支持向量回归代理模型，这种代理显着增加了调整的完整模拟的容易性。
2020-06-01 cs.CE physics.ao-ph
Integrating Fourier Transform and Residual Learning for Arctic Sea Ice Forecasting
提出集成FFTstack与梯度提升的框架，利用多变量和时空数据预测北极海冰范围，性能优于或相当于现有模型，并提升多变量时间序列模型表现。
2023-12-20 physics.ao-ph
Sea-Ice Distribution and Mixed-Layer Depths in Fram Strait
为了理解北极冰缘线的动力学，我们提出了一个弗拉姆海峡热量和质量传输的简单模式，揭示了控制边缘海海冰范围和北极混合层深度和性质的一些基本机制。我们确定和研究相关的关键机制Untersteiner，边界层结构附近的冰缘线的海冰楔描述，展示冰的厚度和范围如何依赖于冰出口率，大气强迫和传入的温暖和咸大西洋水在西斯匹次卑尔根群岛电流的属性。我们的时间依赖性的结果表明，冰的前进和后退的速度之间的季节性不对称性和解释的显着变化，在整个弗拉姆海峡的海冰的南部范围内，与长冰舌对应的东格陵兰海流。我们的简单模型表明，北极海冰覆盖变薄将导致北大西洋变暖和变淡，这将给北极冰盖的不稳定反馈，导致大西洋经向翻转环流的减缓。
2017-12-20 physics.ao-ph physics.geo-ph
Wave Attenuation in Drifting Sea Ice: A Mechanistic Model for Observed Decay Profiles
University of East Anglia（东英吉利大学）
本文提出一种机理模型，通过考虑漂移海冰的影响，解释观测到的非指数波能衰减行为。
2026-03-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Nonlinear threshold behavior during the loss of Arctic sea ice
鉴于北极海冰最近迅速消退，一些研究讨论了临界阈值（或“临界点”）的可能性，超过该阈值，冰-水反馈导致冰盖以不可逆转的过程融化。重点通常集中在每年最小（9月）的冰盖，这往往被视为特别容易受到不稳定的冰-冰反馈。在这里，我们研究的核心物理过程与过渡从冰覆盖到无冰的北冰洋条件。我们表明，虽然冰的反馈促进存在多个冰盖状态，海冰的稳定热力学效应减轻这一点时，北冰洋是冰覆盖在一年中足够大的一部分。这些结果表明，临界阈值的行为是不可能的方法从目前的常年冰情的条件下，季节性无冰的条件。然而，在进一步变暖的气候中，我们发现可能会出现一个与剩余的冬季海冰覆盖突然消失相关的临界阈值。
2008-12-27 physics.ao-ph physics.geo-ph
Exponentially decaying modes and long-term prediction of sea ice concentration using Koopman Mode Decomposition
北极和南极的海冰覆盖是气候变化的一个重要指标，具有重要的环境、经济和安全后果。海冰时空动态的复杂性使得难以评估变化的时间性质-例如线性或指数变化-及其精确的地理位置。在这项研究中，Koopman模式分解（KMD）被应用到北半球和南半球的海冰密集度的卫星数据，以了解海冰行为的时间和空间动态，并预测未来的海冰行为。我们发现在两个半球呈指数衰减的空间模式，并讨论其精确的空间范围，并进行精确的地理预测海冰浓度在未来四年。这种数据驱动的分解技术提供了在传统线性方法中不明显的空间和时间动态的洞察力。
2019-11-04 math.DS physics.ao-ph
Sea ice floes dissipate the energy of steep ocean waves
浮冰对波浪的衰减是模拟北冰洋的一个重要参数。目前，衰减系数是从线性模型中提取的，作为入射波周期和絮凝物厚度的函数。最近在南极混合冰区（MIZ）的探索揭示了波振幅的进一步依赖，这表明非线性的贡献是不可忽略的。本文介绍了波浪水槽中单块浮冰对波浪衰减的实验模型。观测结果与基于波散射的线性预测进行了比较。结果表明，线性模型表现良好的影响下，缓坡波。然而，对于能量更大的波场，透射波高通常被高估。偏离线性似乎是有关的增强波耗散引起的不明波冰相互作用过程中，包括在洗的浮冰。
2015-03-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A dataset of direct observations of sea ice drift and waves in ice
冰情的变化，加上与大气和海洋的强烈耦合，导致了广泛的复杂海冰动态。需要进行更多的现场测量，以更好地确定控制海冰生长、漂移和破裂的现象和机制。为此，我们收集了一个数据集的现场观测海冰漂移和冰中的波浪。在5年的时间里，在北极和南极共进行了15次部署，涉及72台仪器。这些卫星提供GPS漂移轨迹和冰中波浪的测量。这些数据可以反过来用于调整海冰漂移模型，研究由海冰阻尼的波浪，并帮助校准其他海冰测量技术，例如基于卫星的观测。
2022-10-25 physics.ao-ph physics.geo-ph
Glacial Cycles and Milankovitch Forcing
使用最近的概念模型的冰川间冰期周期，我们提出了更多的证据米兰科维奇周期的触发退缩和形成的冰盖的周期。该模型基于无限维模型的有限近似，该模型有三个组成部分：Budyko的能量平衡模型描述了纬度的年平均温度，Widiasih的ODE描述了冰盖边缘的行为，Walsh等人引入了雪线来解释冰川堆积和消融区。模型中的某些变量取决于米兰科维奇周期，特别是地球的自转轴和地球轨道的偏心率。结果我们看到，冰川消退和冰川作用的发生主要是由于重力和某种程度上的偏心。
2015-11-18 math.DS physics.ao-ph
SAR image wave spectra to retrieve the thickness of grease-pancake sea ice using viscous wave models
年轻的海冰由油脂和莲叶冰（GPI）以及薄浮冰组成，被认为是南极洲边缘最常见的海冰形式，现在正在成为北极的“新常态”。为了确定GPI的增加如何影响远北地区和全球的气候，需要特定的工具来监测GPI的厚度分布。来自卫星SAR图像的方向波谱用于确定波列进入GPI场时波频散的变化。然后用两种波传播模型：Keller模型和紧密堆积（CP）模型拟合频散数据，估算冰盖厚度。对于这两个模型，GPI粘度作为冰厚度的函数的经验本构方程推导和讨论。GPI厚度反演的示例显示为2015年11月1日在波弗特海拍摄的Sentinel-1 C波段SAR图像和2019年3月在威德尔海拍摄的三张CosmoSkyMed X波段SAR图像。估计的GPI厚度与同时进行的SMOS测量和可用的当地采样一致。
2020-07-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
The tipping times in an Arctic sea ice system under influence of extreme events
近年来，随着北极海冰的快速消融，引发北极冰盖变化的极端天气事件越来越受到人们的关注。一个非高斯$α$ -稳定的Lévy过程被认为是一个合适的模型来描述这样的极端事件。在$α$ -稳定Lévy噪声下，将基于非局部Fokker-Planck方程的最大似然轨迹应用于非自治北极海冰系统.采用预警临界时间和灾害发生临界时间两种临界时间，分别预测了从常年覆冰状态向季节性无冰状态过渡和从季节性无冰状态向常年无冰状态过渡的最大可能临界时间。我们发现，极端事件强度的增加导致海冰融化预警时间的缩短，而温室效应的增强会加剧这种影响，使得海冰融化预警时间的到来明显提前。同时，对于增强的温室效应，我们发现极端事件强度和频率的增加将使灾害发生的临界时间提前，在此临界时间内，北冰洋全年保持无冰状态。最后，我们确定值的Lévy指数$α$和噪音强度$ε$在$αε$ -空间，可以触发北极海冰状态之间的过渡。这些结果为研究极端事件影响下的北极海冰变化提供了有效的理论框架。
2020-05-10 math.DS nlin.CD physics.ao-ph
On the Warming of the Southern Hemisphere since 1955 and Recent Slowing-Down: Role of Sea Ice, Sun Spot and El Nino Variability
极地海冰退缩对全球变暖的重要性以及冰-冰反馈的作用得到了许多作者的认可[1，2]。与最近对北极现象的研究类似[3]，我们对南半球（SH）的机制进行了半定量估计。使用一个简单的模型，我们估计的贡献，冰-冰反馈的平均温度增加在SH为0.5 +/- 0.1 K在1955年至2015年，而从温室气体（GHG）的同时增长，我们得出一个直接变暖只有0.2 +/- 0.05 K在同一时期。这些数字与自1955年以来（相对于1880年）报告的2015年SH平均温度上升0.75 +/- 0.1 K非常一致。我们的数据也证实了以前注意到的太阳强度和厄尔尼诺观测的年度波动之间的相关性，一方面和SH地面温度的年度变化的另一方面。我们的计算表明，在过去几年中，气温上升的速度可能会持续减缓。假设目前南部海冰和温室气体浓度的趋势继续下去，我们预测2015年至2025年的气温进一步上升将比前一个十年下降33%。
2018-07-16 physics.ao-ph physics.geo-ph
FloeNet: A mass-conserving global sea ice emulator that generalizes across climates
FloeNet基于SIS2模型训练，通过机器学习模拟海冰和雪-海冰生长、融化和输运过程，其守恒特性在不同气候条件下均能准确预测海冰状态及变化，展现出高物理可解释性与高精度耦合变量输出。
2026-03-12 cs.LG physics.ao-ph
