An important yet still not well documented aspect of recent changes in the Arctic Ocean is associated with the advection of anomalous sub-Arctic Atlantic- and Pacific-origin waters and biota into the polar basins, a process which we refer to as borealization. Using a 37-year archive of observations (1981–2017) we demonstrate dramatically contrasting regional responses to atlantification (that part of borealization related to progression of anomalies from the Atlantic sector of sub-Arctic seas into the Arctic Ocean) and pacification (the counterpart of atlantification associated with influx of anomalous Pacific waters). Particularly, we show strong salinification of the upper Eurasian Basin since 2000, with attendant reductions in stratification, and potentially altered nutrient fluxes and primary production. These changes are closely related to upstream conditions. In contrast, pacification is strongly manifested in the Amerasian Basin by the anomalous influx of Pacific waters, creating conditions favorable for increased heat and freshwater content in the Beaufort Gyre halocline and expansion of Pacific species into the Arctic interior. Here, changes in the upper (overlying) layers are driven by local Arctic atmospheric processes resulting in stronger wind/ice/ocean coupling, increased convergence within the Beaufort Gyre, a thickening of the fresh surface layer, and a deepening of the nutricline and deep chlorophyll maximum. Thus, a divergent (Eurasian Basin) gyre responds altogether differently than does a convergent (Amerasian Basin) gyre to climate forcing. Available geochemical data indicate a general decrease in nutrient concentrations Arctic-wide, except in the northern portions of the Makarov and Amundsen Basins and northern Chukchi Sea and Canada Basin. Thus, changes in the circulation pathways of specific water masses, as well as the utilization of nutrients in upstream regions, may control the availability of nutrients in the Arctic Ocean. Model-based evaluation of the trajectory of the Arctic climate system into the future suggests that Arctic borealization will continue under scenarios of global warming. Results from this synthesis further our understanding of the Arctic Ocean’s complex and sometimes non-intuitive Arctic response to climate forcing by identifying new feedbacks in the atmosphere-ice-ocean system in which borealization plays a key role.

中文翻译：

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北冰洋对亚北极海异常平流的响应

北冰洋近期变化的一个重要但仍未得到充分记录的方面与异常的亚北极大西洋和太平洋起源水域和生物群向极地盆地的平流有关，我们将这一过程称为北极化。使用 37 年的观测档案（1981-2017），我们展示了对大西洋化（北极化的一部分与从亚北极海域的大西洋部分到北冰洋的异常进展相关）和和平（对应的与异常太平洋水域流入相关的大西洋化）。特别是，我们展示了自 2000 年以来欧亚盆地上游的强烈盐化，伴随着分层的减少，并可能改变养分通量和初级生产。这些变化与上游条件密切相关。相比之下，太平洋水域的异常涌入强烈地表明了美亚盆地的平静，这为博福特环流盐环线中热量和淡水含量增加以及太平洋物种扩展到北极内陆创造了有利条件。在这里，上层（上覆）层的变化是由当地的北极大气过程驱动的，导致更强的风/冰/海洋耦合，波弗特环流内的辐合增加，新鲜表层增厚，以及营养线和深层的加深。叶绿素最大值。因此，发散（欧亚盆地）环流对气候强迫的反应与收敛（亚美亚盆地）环流完全不同。可用的地球化学数据表明，除马卡罗夫和阿蒙森盆地北部以及楚科奇海北部和加拿大盆地外，整个北极的营养物质浓度普遍下降。因此，特定水团循环路径的变化以及上游地区营养物质的利用可能会控制北冰洋中营养物质的可用性。基于模型的北极气候系统未来轨迹评估表明，在全球变暖的情景下，北极北极化将继续。通过确定北极化在其中发挥关键作用的大气 - 冰 - 海洋系统中的新反馈，该综合结果进一步了解北冰洋对气候强迫的复杂且有时非直观的北极响应。除了马卡罗夫和阿蒙森盆地的北部以及楚科奇海和加拿大盆地的北部。因此，特定水团循环路径的变化以及上游地区营养物质的利用可能会控制北冰洋中营养物质的可用性。基于模型的北极气候系统未来轨迹评估表明，在全球变暖的情景下，北极北极化将继续。通过确定北极化在其中发挥关键作用的大气 - 冰 - 海洋系统中的新反馈，该综合结果进一步了解北冰洋对气候强迫的复杂且有时非直观的北极响应。除了马卡罗夫和阿蒙森盆地北部以及楚科奇海北部和加拿大盆地。因此，特定水团循环路径的变化以及上游地区营养物质的利用可能会控制北冰洋中营养物质的可用性。基于模型的北极气候系统未来轨迹评估表明，在全球变暖的情景下，北极北极化将继续。通过确定北极化在其中发挥关键作用的大气 - 冰 - 海洋系统中的新反馈，该综合结果进一步了解北冰洋对气候强迫的复杂且有时非直观的北极响应。特定水团循环路径的变化以及上游地区对营养物质的利用，可能会控制北冰洋中营养物质的可用性。基于模型的北极气候系统未来轨迹评估表明，在全球变暖的情景下，北极北极化将继续。通过确定北极化在其中发挥关键作用的大气 - 冰 - 海洋系统中的新反馈，该综合结果进一步了解北冰洋对气候强迫的复杂且有时非直观的北极响应。特定水团循环路径的变化以及上游地区对营养物质的利用，可能会控制北冰洋中营养物质的可用性。基于模型的北极气候系统未来轨迹评估表明，在全球变暖的情景下，北极北极化将继续。通过确定北极化在其中发挥关键作用的大气 - 冰 - 海洋系统中的新反馈，该综合结果进一步了解北冰洋对气候强迫的复杂且有时非直观的北极响应。基于模型的北极气候系统未来轨迹评估表明，在全球变暖的情景下，北极北极化将继续。通过确定北极化在其中发挥关键作用的大气 - 冰 - 海洋系统中的新反馈，该综合结果进一步了解北冰洋对气候强迫的复杂且有时非直观的北极响应。基于模型的北极气候系统未来轨迹评估表明，在全球变暖的情景下，北极北极化将继续。通过确定北极化在其中发挥关键作用的大气 - 冰 - 海洋系统中的新反馈，该综合结果进一步了解北冰洋对气候强迫的复杂且有时非直观的北极响应。