南极内陆雪坑甲烷磺酸盐记录重建1950s以来印度洋扇区海冰范围及其气候意义

为解决卫星时代前南极海冰数据缺失问题，中国极地研究人员通过分析东南极Dome A雪坑中甲烷磺酸盐(MSA)记录，首次建立1950-2016年印度洋扇区海冰范围(SIE)重建模型。研究发现MSA通量与观测SIE显著正相关，揭示西风带和下降风通过调控生物硫循环影响海冰生产的双重机制，为利用内陆深冰芯重建百万年尺度海冰变化提供新范式。

　　

南极海冰作为地球气候系统的"调节器"，其变化直接影响着南大洋生态系统、全球洋流循环和大气能量交换。然而在1978年卫星观测开始前，人类对这片白色荒漠的认识几乎空白。这种数据断层严重制约着科学家理解海冰与气候的相互作用机制，特别是在近年来南极海冰面积先增后减的异常波动背景下，重建历史海冰变化序列显得尤为迫切。

中国极地研究中心的研究团队独辟蹊径，将目光投向了东南极冰盖最高点Dome A的雪坑记录。他们发现冰芯中甲烷磺酸盐(MSA)这种由海冰藻类产生的生物硫化合物，竟隐藏着破解历史海冰变化的密码。通过分析1950-2016年高分辨率MSA记录，首次证实内陆冰盖MSA通量与印度洋扇区海冰范围(SIE)存在显著正相关，相关论文发表在《Journal of Marine Systems》。

研究团队采用雪坑分层采样结合离子色谱分析技术，对Dome A地区4米深雪坑进行年层划分和MSA浓度测定。通过与再分析数据和卫星观测的多元统计建模，创新性地引入气候突变检测算法识别出MSA通量的三个阶段变化。为验证运输机制，团队还整合了ECMWF再分析风场数据和海冰生产模型。

Site and samples
研究选取中国南极考察内陆穿越路线采集的雪坑样本，该路线横跨东南极印度洋扇区1260公里。Dome A独特的地理位置（80°22′S，77°22′E）使其成为记录海洋气溶胶长距离传输的理想场所。

Results
MSA通量数据显示出明显的年代际波动：1950-1971年高值期（均值52.3 ng·cm^-2
·a^-1
）与1971-1995年低值期（均值32.1 ng·cm^-2
·a^-1
）形成鲜明对比，1995年后又进入新的上升期。这种变化与卫星观测的印度洋扇区SIE变化高度同步（r=0.68, p<0.01）。

Possible driving mechanisms
研究发现西风带加速会通过两种途径增加MSA产量：一是增强的下降风（katabatic winds）促进沿岸海冰生产，为藻类提供栖息地；二是经向风分量将富含MSA的气团输送到内陆。特别在1995年后，南半球环状模(SAM)正位相导致西风带强化，解释了这个时期MSA通量上升37%的现象。

Conclusions
该研究突破性地证明内陆冰盖MSA可作为海冰代用指标，解译出西风带-海冰-生物硫循环的级联效应。这不仅为重建万年尺度海冰变化提供新方法，更揭示出南极气候变化中大气动力学与生物地球化学过程的精妙耦合。当全球正在经历气候转型期时，Dome A深冰芯中封存的MSA记忆，或许能帮助我们预判未来海冰变化的临界点。

研究团队特别指出，MSA与SIE的关系存在区域特异性——在沿海冰芯站点通常反映局地海冰变化，而在Dome A这类内陆站点则整合了整个印度洋扇区的信号。这种空间尺度差异使得内陆冰芯在重建大范围海冰变化方面具有独特优势。该发现为即将开展的"深冰芯计划"选择钻探位置提供了科学依据，也为理解地质历史时期海冰-气候反馈机制打开新窗口。