海冰科普：形成机制、分布规律及其影响

海冰科普：形成机制、分布规律及其影响

什么是海冰？

海冰是极地和高纬度海域特有的水文现象，有狭义和广义两种概念。

狭义：指海水冻结形成的咸水冰；
广义：包括咸水冰以及流入海洋的河冰、湖冰等淡水冰。

按照海冰的运动状态，可以将海冰分为固定冰和流冰。固定冰为与海岸、岛屿或海底连接在一起的冰；流冰为自由浮在海面上，能随风、流漂移的冰。

图：南极海冰

海冰是如何形成的？

当海水温度降至冰点（海水由液态变为固态的温度），如果继续失热且有凝结核存在时便会形成海冰。海水的结冰，主要是水的冻结，海水结冰时会将盐分排挤出来。所以，海水结冰后，冰下海水的盐度和密度会增加。而且，在结冰的过程中还会有海水的对流活动。当表层海水降温（趋近结冰温度），海水会因密度增大而下沉，而下层相对较温暖的海水上浮，这时就发生了对流，这种对流过程会一直持续到海水冻结时为止。

影响海冰形成的因素有以下几点：

1. 水温：水温越低，越利于海冰形成。
2. 盐度：海水的冰点会随盐度的增加而降低，盐度越低，海水越容易结冰，因此在河流入海口，淡水的稀释，会更利于海冰的形成。
3. 洋流：如果洋流的流向利于冰晶聚集，则海冰形成越快；如果洋流势力过强，也有可能“捣碎”海冰；此外，在同纬度海区，寒流流经更容易结冰，而暖流则会抑制结冰。
4. 海域形状：海域越封闭，海水流动性越差，越容易结冰。
5. 海水的深度和流速：海水越深，越难结冰；海水流速越快，越难结冰。
6. 风：风速较弱，或风向有利于冰体堆叠，有利于海冰形成；冬季，风带来寒冷空气，水温下降，也利于海水冻结。

总体来说，在纬度高、风弱、浪小、流速慢、海水含盐偏低、海域形状封闭的近岸浅水区会最先出现海冰。

图：南极的海冰与冰山

海冰的分布有什么规律？

海冰分布具有显著的季节和年际变化。在北半球，海冰范围3～4月最大，之后逐渐减小，一般 8～9月最小。北冰洋几乎终年被海冰覆盖，北太平洋的白令海、鄂霍次克海和日本海以及北大西洋的波罗的海和哈德逊湾，冬季都有海冰生成。在我国渤海及黄海北部的部分海域，每年11月下旬至12月上旬结冰，次年3月融冰，1月中旬至2月中旬这段时间冰情较重。

南半球海冰面积，一般9月最大，3月最小。南半球海冰范围以环绕南极的边缘海区和威德尔海为主。

海冰带来了哪些影响？

对自然环境产生的影响：

1. 气候：海冰阻碍海水与大气进行热交换，使海面蒸发量减少，气候变干。同时海冰反射太阳辐射，使海域温度处于较低状态。
2. 水文：海冰阻碍海浪的传播，使海水流速减慢。
3. 海洋动力：海冰对潮汐、潮流的影响较大，会阻碍潮位的降落和潮流的运动，减小潮差和流速。
4. 生物：海冰结冻过程中，可促使海水上下对流，利于下部营养物质上泛。海冰形成后，可为北极熊、斑海豹等生物提供栖息和繁殖地。同时海冰可以帮助特定生物迁徙，节省体力，比如北极燕鸥在两极地区之间的迁徙需要依靠海冰来休息。

对人类活动产生的影响：

1. 固定冰常常封锁航道，使港口处于瘫痪状态，阻碍海上航运。
2. 流冰能够摧毁港口建筑物，甚至能撞倒坚固的海上采油平台，毁坏海洋工程设施和船只。
3. 海冰可能使渔业以及海产养殖业受损，海冰会阻止渔船出海，同时海冰可能使滩涂贝类或海参等养殖生物因缺氧或低温而死。
4. 由于海冰冻结时会排出盐分，因此经处理可开发淡水资源，用于灌溉。例如，环渤海人均水资源占有较低，水资源短缺问题严重。科研人员在开采海冰后利用离心机将海冰中的高浓度盐水去除，形成淡水，从而补充农业用水、工业用水和城市生活用水。

在全球变暖背景下，海冰面积正在逐渐缩减，这个现象会给地球带来哪些影响？

1. 影响海洋生物：海冰范围减小，将导致北极熊栖息地范围减小。海冰融化的同时会影响海冰区海水盐度，进而影响一些浮游生物的生存状态，甚至破坏整个海洋食物链。此外还可能会影响北冰洋的渔业发展。
2. 影响全球气候：海冰融化将增加海水对太阳辐射的吸收量，使海水温度升高，进而使全球气候变暖增强。同时，海冰消融有可能增加极端天气出现的频率。
3. 影响局地气候：例如当白令海海冰密集度减少时，当地的海水温度将上升，增强阿留申低压的强度，使其与蒙古-西伯利亚高压之间的气压差增大，将进一步增强东北亚季风。
4. 影响海岸：海冰融化将导致海水侵蚀海岸加剧。
5. 外地物种入侵：海冰融化将导致阻止物种穿越北冰洋的障碍消失，造成物种入侵。此外，还可能会导致冰封在海冰里的古微生物病毒被释放出来，危害人类健康。
6. 影响国家安全：海冰融化使全球海平面上升，威胁沿海海拔较低的国家或经济较发达的地区。
7. 对航运带来的积极影响：海冰融化，使北冰洋航线成为可能，将大大缩短从太平洋沿岸前往西欧和北欧的航海距离。