通往无冰北冰洋之路的海冰变率趋势

关于北冰洋海冰损失是否会达到一个临界点，超过后大面积海冰突然消失，已被广泛讨论。动力系统理论预测，当系统向临界点失稳时会出现放缓。在简单随机系统中，这可能导致方差和自相关增加，潜在地产生突变的早期预警。本文旨在确定北冰洋海冰损失是否遵循这些概念性预测，以及从工业化前条件走向全年无冰的北冰洋时可以预期海冰变率的哪些趋势。为此，我们应用由两个方程模型和一个综合地球系统模型组成的模型层级。我们发现，在夏季冰消失之前，冰体积的年度弛豫时间一致且稳健地减少，因为更薄的冰能更快调整以响应扰动。此后，弛豫时间增加，主要因为当无冰季节变长时，系统变得由海水的大热容主导。这两种趋势都延伸到时间序列中海冰厚度的自相关。这些变化对模型中气候变率的性质和起源是稳健的，且几乎不依赖于反馈的平衡。因此，可以预期未来的特征趋势。由于这些趋势并非特定于突变性冰损失的存在，早期预警的前景似乎非常有限。这一结果也对其他有效质量随时间变化的系统的统计指标有影响，影响其弛豫时间的趋势。然而，状态与变率之间的稳健关系将允许仅从短期观测估计海冰变率。这有助于估计未来极端事件的可能性和持续性。