《Arctic Science》：Quantifying the role of estuarine discharge in modulating landfast sea-ice regime in Hudson Bay and James Bay
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本研究针对北极-亚北极河口区域河流排放对固定冰形成与消融的影响机制，通过分析哈德逊湾和詹姆斯湾八大河口2001-2016年的冰图与卫星影像，发现河口区域固定冰较无径流影响海岸线延迟形成4-26天且提前消融5-15天，且消融时间差与径流量呈正相关（ρ=0.88）。研究首次提出该区域固定冰消融存在热力主导（如拉格兰德河）与动力主导（如纳尔逊河）两种模式，为理解气候变化下冰盖稳定性及沿岸社区安全活动提供关键科学依据。
在广袤的北极与亚北极地区，每年冬季海面会形成紧贴海岸的固定冰（landfast ice）。这些冰盖不仅是当地因纽特人和原住民社区冬季通行、狩猎的重要平台，更是抵御外海动态海洋环境的天然屏障。然而，在全球气候变暖的背景下，北极冰盖正以前所未有的速度消融。尤其值得关注的是，注入海洋的河流排放可能通过热量输送、水流动力等因素显著影响固定冰的稳定性，但这一过程在哈德逊湾和詹姆斯湾等典型区域尚未被系统量化。该区域汇集了纳尔逊河（Nelson River）、拉格兰德河（La Grande River）等八大河口，年径流量达760 km3，且分布着24个依赖冰盖生存的沿海社区。传统研究多关注气温对冰情的影响，而河流这一关键调控因子却长期被忽视。
为填补这一空白，曼尼托巴大学地球观测科学中心的Kaushik Gupta等人联合开展研究，通过整合加拿大冰务署（Canadian Ice Service）冰图、MODIS/VIIRS光学影像、Sentinel-1合成孔径雷达（SAR）数据及河流水文资料，首次系统揭示径流量如何调控固定冰的冻结与消融时序。相关成果发表于《Arctic Science》，为北极沿岸生态安全与人类活动规划提供科学支撑。
研究团队采用多源遥感与水文观测相结合的技术路线：首先利用加拿大冰务署每周冰图（2001-2016年）界定固定冰空间范围，辅以NASA Worldview平台的MODIS/VIIRS日尺度影像及Sentinel-1 SAR数据精确判定冰盖消融（break-up date, BUD）与冻结（freeze-up date, FUD）日期；其次基于BaySys项目提供的逐日径流数据，计算春季平均径流量（mean springtime discharge, MSD）与冻结期径流量（mean freeze-up discharge, MFD）；同时引入欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料中的气温数据定义春季温度转换日（spring temperature transition, STT），并结合Oak Ridge国家实验室的雪融日（snowmelt date, SMD）产品，以剔除区域气候差异的干扰。
3.1 河流径流模式
数据显示，自然河流的径流量冬季低迷，春季因融雪显著增加，而水电站调控的纳尔逊河与拉格兰德河呈现独特模式：后者冬季流量高达4500 m3/s，仅次于西伯利亚叶尼塞河，春季反而降至2800 m3/s。按MSD将河流分为高（纳尔逊河、穆斯河、拉格兰德河）、中（塞文河、威尼斯基河）、低（特勒维阿扎河、丘吉尔河、阿塔瓦皮斯卡特河）三类，为后续冰情对比奠定基础。
3.2 河口与海岸线冰情时序差异
在所有八个研究点，河口固定冰均比相邻海岸线延迟冻结、提前消融。冻结延迟时间（ΔF）与秋季径流量呈正相关（ρ=0.714），其中纳尔逊河（23天）和穆斯河（30天）差异最大；消融提前时间（ΔB）与MSD显著相关（ρ=0.88），高径流河流ΔB达14天，而低径流河流仅7天。这表明径流强度直接控制冰盖持久性。
3.3 河口固定冰消融机制分异
通过分析消融过程，研究提出两种模式：热力主导型与动力主导型。在拉格兰德河等热力主导河口，春季暖流从陆侧向海侧逐渐融化冰盖；而纳尔逊河等动力主导河口因强径流、潮汐和风应力，冰盖在河道中心持续破碎并被冲刷，呈现突发性崩解。低径流河流（如丘吉尔河）则先由海侧冰缘退化，最终在春季径流增强后发生溃散。
4.1 热力与动力消融的驱动因素
研究表明，消融模式取决于径流量、冰盖范围及地形等要素的平衡。热力消融河流（如拉格兰德河、穆斯河）的冰盖稳定性高，允许融水缓慢侵蚀；而动力消融河流（如纳尔逊河）受高速水流与潮汐应力影响，冰盖更易发生机械破坏。这一发现深化了对冰-河相互作用机制的理解。
4.2 消融时序与气候因子的关联
尽管区域气候梯度导致消融时间从南向北推迟（穆斯河5月中旬至特勒维阿扎河6月下旬），但所有河口冰盖消融均早于相邻海岸线。进一步分析发现，海岸线消融日期（BUDC）与陆地雪融日（SMD）密切关联（平均提前18±6天），而河口消融（BUDR）更受径流调控，例如高径流河流的BUDR在STT后仅18天发生，显著短于中等径流河流（48天）。
本研究明确河流排放是调控哈德逊湾-詹姆斯湾固定冰情的关键因子。通过量化径流与冰盖持久性的响应关系，揭示了热力与动力消融的分异机制。成果不仅为北极沿岸社区冰上活动安全预警提供依据，更对理解全球变暖背景下水文-海冰耦合系统的演变规律具有重要科学价值。未来需进一步探究径流羽流下冰层热传输过程及冰强度变化，以提升冰情预测精度。
