海冰密集度的变化通过调节大气和海洋之间的动量、热量、淡水和碳的交换，在极地和全球气候变化中发挥着重要作用。冰间湖（海冰密集度明显低于周围的区域）在影响大气和海洋之间的相互作用方面尤为关键。离岸冰间湖，区别于沿岸冰间湖，是发生在远离岸边的冰间湖，其发生往往伴随着暖水的上涌，故也被称为感热冰间湖。过去的研究发现，离岸冰间湖对海洋环流、底层水性质、大气环流、海洋初级生产力和南极海洋生态系统都有重要影响。离岸冰间湖发生期间的热通风能够影响局地大气状态，通过大气遥相关甚至可能影响全球气候系统，其发生还能够极大地促进南大洋地区生物泵的规模和效率，有助于碳的净吸收，在全球碳循环中发挥着重要作用。自从上世纪70年代首次使用卫星观测海冰范围以来，在南极，仅威德尔海和宇航员海有离岸冰间湖发生的记录。我实验室前沿研究中心极地海洋组发现，在南大洋合作海（60°E–90°E），由于特殊的大气和海洋强迫条件而更加频繁地发生离岸冰间湖现象（图1）。

图1 (a) 2002 - 2019年9月南极海冰密集度平均值。(b) 2018年9月27日海冰密集度

利用2002-2019年AMSR-E和AMSR2高分辨率海冰密集度数据，本研究揭示了合作海离岸冰间湖的时空分布特征。合作海离岸冰间湖在3500 m等深线以北（62°–65°S，68°–80°E）范围内呈纬向带状分布，平均中心位置在（64°S，75°E）附近，部分离岸冰间湖出现在靠近陆坡的海底峡谷和海底山脊区。合作海冰间湖一般在4月开始出现，7-10月能够扩大到较大的规模，一般在8月和10月达到最大规模。在2002–2019年冬季的大多数月份，合作海离岸冰间湖的大小往往大于2017年发生的莫德高地冰间湖的大小。合作海冰间湖的年内最大总面积小为2013年的115.3×10³ km²，大至2010年的312.4×10³ km²，平均为188.9×10³ km²（图2）。

图2 (a)合作海离岸冰间湖总面积在2002 – 2019年期间的时间序列。黑（红）线对应海冰密集度阈值0.7（0.15）。(b)2018年合作海离岸冰间湖面积与2017年莫德高地冰间湖面积的时间序列。浅灰（浅红）色线表示其他年份的合作海离岸冰间湖对应海冰密集度阈值为0.7（0.15）时的面积。

本研究同时分析了合作海离岸冰间湖的形成机制。由于南极绕极流在合作海相比于南极的许多其他区域更接近大陆架，这让上层绕极深层水能在合作海到达比南极周边大多数海域高得多的纬度。如图3南极绕极流南锋面（sACCf）和上层绕极深层水的南边界（SB）的位置所示。因此，南极辐散带（AD）得以作用于上层的绕极深层水上方。与南极辐散带有关的气旋风强迫能够使海冰辐散，并促进温暖的次表层水上涌，而当地次表层暖水也通常比南极周边其他海域分布得更浅。这样的海洋和大气条件有利于离岸冰间湖的形成。此外，合作海中也存在有丰富的中尺度气旋型涡旋，利于离岸冰间湖的发生。

图3 合作海离岸冰间湖形成机制示意图

本研究揭示了南大洋合作海中离岸冰间湖的时空分布特征，提出了离岸冰间湖形成的大气和海洋强迫机制。这些发现提供了一个更加完整的南大洋离岸冰间湖的环南极分布特征，并对南大洋的物理、生物和生物地球化学研究具有重要意义。

该研究成果于2022年6月12日发表于国际物理海洋领域著名期刊Journal of Physical Oceanography，题目为“Open-Ocean Polynyas in the Cooperation Sea, Antarctica”。南方海洋实验室极地海洋与气候变化创新团队核心成员王召民教授、前沿研究中心极地海洋组刘成彦副研究员（创新团队核心成员）为文章通讯作者，河海大学博士研究生秦青为文章第一作者。

该研究工作得到了国家自然科学基金专项项目、南方海洋实验室创新团队建设科研经费的支持。