在全球变暖的背景下，海冰融化会显著减少地球的反照率，使得更多太阳辐射被地球所吸收，因此过去一般认为海冰总量的减少总是能够对地球系统产生辐射加热的作用。
然而，数值模拟实验表明，尽管长期气候变化背景下海冰的减少会给地球带来辐射加热作用，但过去四十年间海冰变化带来的地球系统能量收支变化与海冰总量变化的时间序列相关性并不高，可以找到海冰总量减少的同时给地球系统带来辐射冷却的时间段，这主要是因为观测到的海冰变化在空间上是不均匀的，特别是南北极海冰变化不一致，而海冰的水平空间分布变化会显著影响地球的能量收支(sea ice pattern effect)。
为了分析海冰空间分布的变化影响地球系统能量收支的机制，研究设计了一系列的理想海温/海冰扰动实验。首先，使用现代大气的气候态值作为边界条件进行数值模拟，并将这个实验作为对照组实验；将极地海域划分成多个区域，并分别进行海温/海冰扰动实验。在每组海温/海冰扰动实验中，分别增加和降低某一区域的海温/海冰,通过多组实验结果和一系列公式便可计算地球能量收支对局地海冰变化的线性响应函数。
图1. 全球大气层顶能量收支对区域海冰的线性响应函数（A-B），以及云反馈、普朗克反馈（热辐射反馈）、温度直减率反馈、地表反照率反馈和相对湿度反馈的贡献(C-L)。
结果表明，不同区域的海冰融化所产生的地球能量收支变化有着显著差异。相比纬度较低的地区，极点附近的冰面温度更低，因此极点附近海冰融化产生的增温更多，这导致极点附近海冰减少所产生的热辐射冷却更强；当海冰融化时，对流层低层的静力稳定度降低，更多的水汽从地表进入边界层，同时更多的水汽从边界层进入自由大气，因此低云云量的变化与温度廓线的基态有关，不同区域海冰的融化会产生不同的云辐射效应变化；地表反照率变化所产生的辐射效应与地表的下行辐射通量有关。因此，大部分区域的海冰融化会产生辐射加热作用，但一部分北极高纬度区域的海冰减少却会产生辐射冷却效应。
另一方面，由于极地存在极夜和极昼，地表反照率变化产生的辐射加热作用在夏季更强，因此夏半年的海冰减少一般给地球系统带来辐射加热效应，而冬半年的海冰减少会带来辐射冷却效应。由于北半球的海冰很大一部分处于极点附近，而南半球的海冰分布在纬度更低的区域，因此海冰变化的分布型效应会受到南北半球海冰变化不对称性的重要影响。数值模式模拟的南北极云量变化差异与卫星观测是一致的。
该研究于2025年2月28日在线发表在《科学进展》上，来自南京大学大气科学学院的周晨教授、张录军教授、汪名怀教授、王清民同学是该论文的合作作者，南京大学是论文标注的第一单位。该研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目和国家自然科学基金面上项目的资助，相关的数值模拟计算都在南京大学高性能计算中心的平台上进行。
参考文献：
Zhou, C.*, Q. Wang, I. Tan, L. Zhang, M. D. Zelinka, M. Wang, J. Bloch-Johnson, 2025: Sea ice pattern effect on Earth's energy budget is characterized by hemispheric asymmetry, Science Advances, 11, eadr4248, DOI: 10.1126/sciadv.adr4248。
