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全球变暖 北极海冰或将消失

  • 发布日期: 2020-09-23
  •      北极多地今夏出现破纪录高温,对冰冻圈造成重大影响。海冰曾是北冰洋的“甲胄”,如今“甲胄”越来越薄、越来越软,有些已变成“轻纱”。它的变化不是孤立事件,而是一个能引发海洋和大气一系列变化的导火索。那么,北极在全球气候中扮演怎样的角色?北极持续“高烧”将带来哪些影响?……本期科普看台一一解答。


      专家顾问:复旦大学大气与海洋科学系教授  武炳义


      中国气象科学研究院研究员  孙丞虎


      中国气象科学研究院研究员  丁明虎


      中国气象科学研究院研究员  肖栋


      国家气候中心研究员  左金清


      中国科学院大气物理研究所副研究员  魏科


      北极海冰缩减影响几何?


      中国气象报记者  谷星月


      刚刚过去的8月,北极海冰以508万平方公里排名有卫星观测资料以来,同期海冰覆盖历史第三少。


      然而,进入9月后,北极海冰面积迅速减少,目前已低于400万平方公里,颇有逼近历史极值年(2012年)的趋势。


      北极海冰在9月15日达到了夏季最小范围,也是有记录以来第二低。来源NASA


      海冰面积能否再破纪录?


      事实上,不管今年9月的北极海冰面积能否创造新纪录,海冰面积偏少已无争议。


      众所周知,9月是每年北极海冰面积最小的月份。从2015年开始,国际海冰预测网络活动每年6月到8月向全球科学家征集当年9月北极海冰覆盖面积的预测结果,各个研究机构需要在6、7、8三个月的月初提交三次关于当年9月的预测情况。在业内,国际海冰预测网络活动代表了北极海冰在季节和季节内预测的最高水平。


      2020年是国际海冰预测网络活动的第六届,今年8月全球39个机构提交了预测结果。虽然8月的预测结果是实际观测结果出来前最后一次预测,其不确定性较低,但8月31日发布的《2020年国际海冰展望报告》,各个机构提交的结果依然存在较大差别——


      美国国家海洋和大气管理局地球物理流体动力学实验室提交的数值是226万平方公里,比7月的预测数值(350万平方公里)大幅度减小124万平方公里;中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室提交的数值为380万平方公里;华盛顿大学提交的数值为381万平方公里,比7月的预测值(320万)增加61万平方公里。另外,来自我国海洋环境预报中心的数值模式预测结果为460万平方公里;挪威的METNO  SPARSE7月预测数值为500万平方公里,8月大幅度调整到430万平方公里。


      尽管各个模式之间有差别,但6、7、8月的预测中值范围变化不大。从去年各模式的表现来看,今年9月的平均值很可能在430万平方公里以下或附近,这将是有观测以来历史第二低的数值,仅高于2012年的357万平方公里。


      魏科表示,2012年之所以会形成历史极值,除了当年夏季极区的温度偏高以外,也受当年夏季极区的环流影响——2012年8月极区形成了异常强大的绕极气旋,影响了极区的海冰和海水分布,形成了当年9月创纪录的最小海冰范围。


      今年9月初,极区依然维持高温,北冰洋边缘的喀拉海、拉普捷夫海海温比常年高5℃。如果9月出现环流异常,不排除今年9月北极海冰面积创造新纪录。


      海冰缩减会带来什么?


      北极作为巨大的冷源,在地球系统中的作用至关重要。北极海冰反射了高达80%的入射阳光,能有效为全球降温,海冰面积的大小调制了进入地球系统入射阳光的多少。


      北极海冰还对东亚地区天气气候有重要影响。一旦北极海冰大量偏少,通过影响乌拉尔山阻塞高压和西伯利亚高压这一引导冷空气南下的重要天气系统,可致使东亚冬季风偏强,从而导致我国大部分地区气温偏低、强寒潮天气频发。


      孙丞虎表示,2003年到2013年这10年间,西伯利亚中部以及我国冬季寒潮天气频发,多次出现暖背景下的冷冬现象,可能就与北极海冰的大幅减少有关。


      北极海冰大幅偏少还容易导致北极涛动(AO)出现负位向,其结果将致使冬季中高纬度的西风基本流偏弱,罗斯波移速减慢,使得天气系统容易长时间滞留在某个区域,这种持续性的天气异常过程极易造成叠加影响并引发天气气候灾害事件的发生。另外,由于北极海冰大幅减少造成的初冬和后冬AO位相转折,还会导致冬季气温在前后冬季节内出现大幅反转,表现出明显的次季节变化特点。


      不只冬季天气气候会受到北极海冰的影响,春季和夏季,北极海冰还将通过影响亚欧地区中高纬度春季积雪和土壤湿度变化等,使得海陆热力差异增大,从而影响东亚夏季风的强度以及雨带变化。可以说,北极海冰变化就是全球气候变化的指标系和“放大器”。


      北极海冰的过去、现在与未来


      中国气象报记者  李慧


      近期,有关北极海冰减少的坏消息接二连三:加拿大现存最大、最完整的米尔恩冰架坍塌,格陵兰岛冰盖加速融化且将不复存在,甚至有科学家预测30年内北极海冰将消失。


      这意味着,随着北极气温越来越高,更多的冰将会流入海洋,北极海冰的面积将会越来越小,这片长期被封冻的地区将开始转向一种全新的气候模式,其标志是冰层融化、气温上升、降雨天数不断增加,北极的未来将变得越来越不确定。


      2020年9月可能是北极海冰覆盖范围最少的月份之一,自1979年有卫星观测记录以来,北极9月份海冰在以每10年12.8%的速度减少。美国宇航局和科罗拉多大学博尔德分校国家冰雪数据中心(NSIDC)对卫星数据的分析显示,2020年的最小范围(可能在9月15日达到)为144万平方英里(374万平方公里)。事实上,其他月份北极海冰覆盖范围也都呈现减少趋势。


      美国国家航空与航天局(NASA)卫星监测的结果也显示,目前北极海冰的覆盖面积已比1979年降低了约31%,冰层的体积减少了三分之二。


      孙丞虎表示,“近年来,北极海冰数量减少得非常多。实际上自有观测记录以来,北极海冰的面积基本上是按照每10年大约12.8%速度在减少。在厚度方面,北极海冰冰龄超过5年的多年冰减少了约90%,这表示北极海冰在变薄。以往北极夏天的平均冰层厚度为4.88米,到20世纪末只有2.75米左右,减少了43%。进入21世纪以来,北极海冰的退缩速度大大超出人们的预期。这些迹象也表明北极海冰的面积和厚度都呈现出快速的减少趋势,或者也可以说海冰正在退缩。”


      海冰的消失让北极深色的水域越来越多,太阳辐射更容易被海水吸收而不是被冰雪反射回太空,导致北极变暖的不断加剧,这是一种被称为“北极放大”的反馈过程。这种过程加上影响北极地区增暖的其它现象,包括极区外大气向极地的热量和水汽输送、泛极地区域冻土融化释放二氧化碳和甲烷,冰川融化土地裸露吸收更多热量,北极圈森林火灾不断等等,综合导致过去40年里北极变暖的速度是其他地区的两倍,今年更是有研究称,南北极的变暖速度实际都已达到了地球平均水平的三倍以上。


      对未来北极海冰的预测,国际上主流观点认为本世纪中叶前,北极可能会出现无冰状态,即海冰覆盖范围小于100万平方公里,但是如果不限制温室气体排放,北极无冰状态出现的时间将会提前。


      8月10日,《自然·气候变化》杂志发表的英国气象局哈德利中心的研究论文预测,若不采取措施限制温室气体排放,北极海冰可能在2035年完全消失。8月13日,《自然·通讯地球与环境》刊登的美国俄亥俄州立大学一项新研究表明,格陵兰岛的冰盖已经融化到无可挽回的地步,每年向海洋倾泻的冰块超过2800亿吨,成为全球海平面上升的最大贡献者。


      种种迹象表明,作为全球气候变化的重要指示器,北极海冰融化已不容忽视。冰架坍塌,冰盖融化,不仅导致海平面上升,淹没部分岛屿,影响沿海城市,还会影响大气和海洋环流,增加气候灾害,引发物种危机等等。在这样的挑战面前,迫切需要各国携手共同抗击全球气候变化。


      北极海冰将于2065年无冰?


      中国气象报实习记者  张艺博


      随着全球碳排放量增加,全球变暖效应显著,北极经历了前所未有的变化,最显著的特征就是北极气温升高的速度是其他地区的两倍多。北极海冰也在发生巨大变化:海冰密集度降低、范围迅速减少、厚度降低,且具有从多年冻冰向季节性海冰转换的趋势。


      为预测未来气候变化,政府间气候变化专门委员会(IPCC)征集了全球约40个模式,目前第五次全球耦合模式比较计划(CMIP5)已经全部完成,被认为是当前较为权威和主流的观点,其中包含了对北极海冰未来发展的预测。海冰模式利用历史海冰、大气和海洋数据建立统计模型,用来预测海冰密集度、海冰厚度等的空间分布。


      CMIP5模式显示未来全球变暖背景下,北极9月海冰会不断融化,本世纪中叶前,北极可能会出现无冰状态,空间范围不断向格陵兰岛收缩。


      CMIP5中模拟效果最好的模式结果显示在人类碳排放量减少的情况下,北冰洋将在2065年9月首次达到无冰状态,但也有许多模型显示,在21世纪末海冰范围仍然保持在200万平方公里以上。而在未来人类活动排放的CO2等温室气体不断增加的情景下,北极海冰生存环境或将会进一步恶化。模拟效果较好的模式普遍认为在2040年至2060年间,北极将首次出现无冰状态,这被认为是北极气候的“转折点”。


      除海冰范围将会大幅度减小外,海冰厚度也将明显变薄。当前,加拿大群岛附近的北极区域海冰厚度最高,以此为中心向周围逐渐变薄。据CMIP5的预测,北冰洋整体海冰将会进一步变薄,加拿大群岛附近将成为北极海冰最后的“避难所”。


      此外,最新观测证明,今年9月将是有观测记录以来北极海冰范围的史上第二低值。


      孙丞虎认为,CMIP5所模拟出的结果具有一定参考性,但由于自然季节性恢复以及大气内部变率的影响,海冰也会出现短暂恢复性增长,对于海冰范围的减少具有一定抑制作用。但这并不意味着北极未来海冰情况是乐观的,由于重新生成的海冰大多为薄冰,可能会发生破碎融化而重新消失。全球变暖、海冰融化关乎人类生存和命运,需要国际社会共同努力,阻止全球进一步变暖。


      北极升温致北半球气候变化明显


      中国气象报记者  李一鹏


      近年来,北极气温迅速升高,且速度超过全球其他纬度。


      “北极变暖不仅是某一个测站某一个时间点的变暖,而是整个北极地区所有观测站点的平均气温相对于气候平均(1981-2010)  年的温度异常,多套再分析资料均一致显示北极地区增暖的速度是全球平均的2倍至3倍。”肖栋说。


      北极历来是影响东亚冬季天气、气候的关键区域之一。在大气环流中,如果某一区域温度显著升高,很可能影响到大气整体环流形势,这是相对容易理解的过程。北极升温迅速,一方面大气变暖,另一方面海冰会融化,这都会影响到整体的气候。


      “从气候动力学角度来看,北极变暖会导致北极和中纬度之间的温度梯度减小,导致大气正压性增强,有利于中纬度极端天气气候事件的发生。”肖栋介绍。


      北半球中纬度是世界人口的密集区,在北纬20度至65度的温带和亚热带区域内居住着约80%的世界人口。研究显示,北极变化与中国极端高温、极端低温、强降水、暴雪、霾日数,以及欧洲的高温热浪、欧亚大陆北部冬季变冷趋势、美国东北部暴风雪等有密切联系。


      据武炳义介绍,目前秋、冬季节是北极海冰快速形成时期,此时北极海冰对大气环流的影响要强于大气对海冰的影响。北极海冰通过以下两个可能机制来影响东亚冬季的天气、气候:一是北极海冰的负反馈机制,二是由海冰异常偏少引起的平流层—对流层相互作用机制。秋、冬季节北极海冰异常偏少,特别是巴伦支海—喀拉海海冰异常偏少,可以加强冬季西伯利亚高压(东亚冬季风偏强)。


      当然,关于北极变化与中纬度天气气候之间是否有联系仍是当前的热点科学问题,甚至存在激烈争论。“尽管气象学者已经对北极变暖的机制进行了大量研究,但是北极变暖的速度还是超出了预期,  说明我们对北极变暖机制的了解仍有不足。”肖栋说。


      但如果北极持续“高烧”,按照北极海冰预计2050年全部融化来计算,途径北冰洋的西北航道将完全开放,将会缩短约1/3的航运成本,但格陵兰冰盖会进一步融化。若格陵兰冰盖完全融化,全球海平面将上升约7米,全球上百个海滨城市包括上海和广州将沉入水底。此外,北极变暖会导致中高纬度冻土解封,对建造在冻土之上的高速路、管道、轨道、桥梁等等基建造成较大的安全隐患,并且藏于其中的史前病毒可能会被释放到自然界之中。随着北极气候变暖,北半球中纬度地区频频发生极端高温事件,发生森林火灾的风险越来越高。


      肖栋建议,防范北极变暖对我国的不利影响,需要从短期和长远两个方面来做准备。短期来讲,加强关于北极的基础研究,尤其是发展考虑北极信号的天气至季节预报和预测方法,防范北极变暖可能引起的极端天气气候事件对我国人民生命和财产安全的威胁。从长远来讲,需要全球各国相向而行,落实《巴黎协定》,采取更加严格的减排计划减缓气候变暖,才是根本所在。


      (来源:《中国气象报》2020年9月25日四版  责任编辑:王美丽)


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