地球上最严酷和最具活力的区域之一是边缘冰区——海浪与海冰相遇的地方，海冰是由海洋表面结冰形成的。
今天出版的《皇家学会哲学汇刊a》的主题回顾了过去十年中研究人员在理解和模拟这一具有挑战性的环境方面取得的快速进展。
这项研究对我们更好地理解地球气候系统的复杂相互作用至关重要。这是因为边缘冰区在海洋季节性冻融中起着作用。
一个学习环境恶劣的地方
在北极和南极，海洋表面温度持续低于-2℃——冷到足以结冰，形成一层海冰。
在接近两极的最高纬度地区，海冰在海洋上形成了一个坚固的、几米厚的盖子，它反射太阳光，使该地区变冷，并带动冷水在海洋周围流动。这使得海冰成为气候系统的关键组成部分。
但在低纬度地区，当被冰覆盖的海洋过渡到开阔的海洋时，海冰会形成更小、更容易移动的大块，称为“浮冰”，它们被水或冰晶浆隔开。
这个边缘冰带与上面的大气和下面的海洋相互作用的方式与靠近两极的冰覆盖完全不同。
这对科学家来说是一个具有挑战性的工作环境，2017年，他们在南极洲边缘冰区的航行中经历了超过90公里/小时的风速和6.5米高的海浪。由于浮冰比大多数卫星所能看到的要小，因此远程观测也很困难。
被海浪
边缘冰区还通过表面波与开阔海域相互作用，这些表面波从开阔水域传播到冰区，对冰产生影响。海浪会对冰盖产生破坏性的影响，因为它会打碎大块浮冰，使它们在夏季更容易融化。
相比之下，在冬天，海浪可以促进“煎饼”浮冰的形成，之所以这样叫，是因为它们是由海冰组成的薄圆盘(你可以在上图中看到它们)。
但是海浪本身的能量在与浮冰的相互作用中丢失了，所以海浪在深入边缘冰带时逐渐变弱。这就产生了波冰反馈机制，推动了气候变化中海冰的演化。
例如，气温升高的趋势将削弱冰盖，使海浪深入覆盖着冰层的海洋，造成更多的破裂，从而进一步削弱冰盖——以此类推。
研究边缘冰区动力学的科学家们旨在提高我们对该区域在全球海冰因气候变化而发生的戏剧性且往往令人费解的变化中的作用的理解。
例如，在北冰洋，海冰覆盖面积“自20世纪80年代以来下降了大约一半”。在南极，海冰覆盖最近出现了有记录以来最大和最小的范围之一，边缘冰带是年复一年变化的一个来源。
我们在更好地了解这些恶劣地区方面的进展，一直围绕着由美国海军研究办公室(Office of Naval research)等机构开展的大型国际研究项目。这些项目涉及地球科学家、地球物理学家、海洋学家、工程师甚至应用数学家(比如我们)。
最近的努力产生了创新的观测技术，例如从破冰船上获取边缘冰带的三维波和浮冰动力学图像的方法，以及从卫星图像捕捉冰中波的方法。
它们还产生了新的模型，能够模拟波浪和冰的相互作用，从单个浮冰的水平到整个海洋的整体行为。这些进展促使澳大利亚领导的一项为期数月的南极边缘冰带实验，在耗资5亿美元的新破冰船RSV Nuyina上进行，预计将于明年进行。
随着气温上升和海浪变得更加极端，边缘冰区将在未来成为世界海洋冰覆盖的一个越来越重要的组成部分。
尽管进展迅速，但要将对边缘冰区反馈过程的理解转化为国际气候变化评估报告小组(International Panel on climate Change Assessment Reports)所使用的更好的气候预测，还有一段路要走。
在气候模型中包括边缘冰区被该领域的一位主要人物描述为该领域的“圣杯”，主题问题指出与更广泛的气候团体建立更紧密的联系是该领域的下一个主要方向。
