全球變暖 北極海冰或將消失

（光明網）

北極多地今夏出現破紀錄高溫，對冰凍圈造成重大影響。海冰曾是北冰洋的「甲冑」，如今「甲冑」越來越薄、越來越軟，有些已變成「輕紗」。它的變化不是孤立事件，而是一個能引發海洋和大氣一系列變化的導火索。那麼，北極在全球氣候中扮演怎樣的角色？北極持續「高燒」將帶來哪些影響？……本期科普看臺一一解答。

專家顧問：復旦大學大氣與海洋科學系教授 武炳義

中國氣象科學研究院研究員 孫丞虎

中國氣象科學研究院研究員 丁明虎

中國氣象科學研究院研究員 肖棟

國家氣候中心研究員 左金清

中國科學院大氣物理研究所副研究員 魏科

北極海冰縮減影響幾何？

中國氣象報記者 谷星月

剛剛過去的8月，北極海冰以508萬平方公裡排名有衛星觀測資料以來，同期海冰覆蓋歷史第三少。

然而，進入9月後，北極海冰面積迅速減少，目前已低於400萬平方公裡，頗有逼近歷史極值年（2012年）的趨勢。

北極海冰在9月15日達到了夏季最小範圍，也是有記錄以來第二低。來源NASA

海冰面積能否再破紀錄？

事實上，不管今年9月的北極海冰面積能否創造新紀錄，海冰面積偏少已無爭議。

眾所周知，9月是每年北極海冰面積最小的月份。從2015年開始，國際海冰預測網絡活動每年6月到8月向全球科學家徵集當年9月北極海冰覆蓋面積的預測結果，各個研究機構需要在6、7、8三個月的月初提交三次關於當年9月的預測情況。在業內，國際海冰預測網絡活動代表了北極海冰在季節和季節內預測的最高水平。

2020年是國際海冰預測網絡活動的第六屆，今年8月全球39個機構提交了預測結果。雖然8月的預測結果是實際觀測結果出來前最後一次預測，其不確定性較低，但8月31日發布的《2020年國際海冰展望報告》，各個機構提交的結果依然存在較大差別——

美國國家海洋和大氣管理局地球物理流體動力學實驗室提交的數值是226萬平方公裡，比7月的預測數值（350萬平方公裡）大幅度減小124萬平方公裡；中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室提交的數值為380萬平方公裡；華盛頓大學提交的數值為381萬平方公裡，比7月的預測值（320萬）增加61萬平方公裡。另外，來自我國海洋環境預報中心的數值模式預測結果為460萬平方公裡；挪威的METNO SPARSE7月預測數值為500萬平方公裡，8月大幅度調整到430萬平方公裡。

儘管各個模式之間有差別，但6、7、8月的預測中值範圍變化不大。從去年各模式的表現來看，今年9月的平均值很可能在430萬平方公裡以下或附近，這將是有觀測以來歷史第二低的數值，僅高於2012年的357萬平方公裡。

魏科表示，2012年之所以會形成歷史極值，除了當年夏季極區的溫度偏高以外，也受當年夏季極區的環流影響——2012年8月極區形成了異常強大的繞極氣旋，影響了極區的海冰和海水分布，形成了當年9月創紀錄的最小海冰範圍。

今年9月初，極區依然維持高溫，北冰洋邊緣的喀拉海、拉普捷夫海海溫比常年高5℃。如果9月出現環流異常，不排除今年9月北極海冰面積創造新紀錄。

海冰縮減會帶來什麼？

北極作為巨大的冷源，在地球系統中的作用至關重要。北極海冰反射了高達80%的入射陽光，能有效為全球降溫，海冰面積的大小調製了進入地球系統入射陽光的多少。

北極海冰還對東亞地區天氣氣候有重要影響。一旦北極海冰大量偏少，通過影響烏拉爾山阻塞高壓和西伯利亞高壓這一引導冷空氣南下的重要天氣系統，可致使東亞冬季風偏強，從而導致我國大部分地區氣溫偏低、強寒潮天氣頻發。

孫丞虎表示，2003年到2013年這10年間，西伯利亞中部以及我國冬季寒潮天氣頻發，多次出現暖背景下的冷冬現象，可能就與北極海冰的大幅減少有關。

北極海冰大幅偏少還容易導致北極濤動（AO）出現負位向，其結果將致使冬季中高緯度的西風基本流偏弱，羅斯波移速減慢，使得天氣系統容易長時間滯留在某個區域，這種持續性的天氣異常過程極易造成疊加影響並引發天氣氣候災害事件的發生。另外，由於北極海冰大幅減少造成的初冬和後冬AO位相轉折，還會導致冬季氣溫在前後冬季節內出現大幅反轉，表現出明顯的次季節變化特點。

不只冬季天氣氣候會受到北極海冰的影響，春季和夏季，北極海冰還將通過影響亞歐地區中高緯度春季積雪和土壤溼度變化等，使得海陸熱力差異增大，從而影響東亞夏季風的強度以及雨帶變化。可以說，北極海冰變化就是全球氣候變化的指標系和「放大器」。

北極海冰的過去、現在與未來

中國氣象報記者 李慧

近期，有關北極海冰減少的壞消息接二連三：加拿大現存最大、最完整的米爾恩冰架坍塌，格陵蘭島冰蓋加速融化且將不復存在，甚至有科學家預測30年內北極海冰將消失。

這意味著，隨著北極氣溫越來越高，更多的冰將會流入海洋，北極海冰的面積將會越來越小，這片長期被封凍的地區將開始轉向一種全新的氣候模式，其標誌是冰層融化、氣溫上升、降雨天數不斷增加，北極的未來將變得越來越不確定。

2020年9月可能是北極海冰覆蓋範圍最少的月份之一，自1979年有衛星觀測記錄以來，北極9月份海冰在以每10年12.8%的速度減少。美國宇航局和科羅拉多大學博爾德分校國家冰雪數據中心（NSIDC）對衛星數據的分析顯示，2020年的最小範圍（可能在9月15日達到）為144萬平方英裡（374萬平方公裡）。事實上，其他月份北極海冰覆蓋範圍也都呈現減少趨勢。

美國國家航空與航天局（NASA）衛星監測的結果也顯示，目前北極海冰的覆蓋面積已比1979年降低了約31%，冰層的體積減少了三分之二。

孫丞虎表示，「近年來，北極海冰數量減少得非常多。實際上自有觀測記錄以來，北極海冰的面積基本上是按照每10年大約12.8%速度在減少。在厚度方面，北極海冰冰齡超過5年的多年冰減少了約90%，這表示北極海冰在變薄。以往北極夏天的平均冰層厚度為4.88米，到20世紀末只有2.75米左右，減少了43%。進入21世紀以來，北極海冰的退縮速度大大超出人們的預期。這些跡象也表明北極海冰的面積和厚度都呈現出快速的減少趨勢，或者也可以說海冰正在退縮。」

海冰的消失讓北極深色的水域越來越多，太陽輻射更容易被海水吸收而不是被冰雪反射回太空，導致北極變暖的不斷加劇，這是一種被稱為「北極放大」的反饋過程。這種過程加上影響北極地區增暖的其它現象，包括極區外大氣向極地的熱量和水汽輸送、泛極地區域凍土融化釋放二氧化碳和甲烷，冰川融化土地裸露吸收更多熱量，北極圈森林火災不斷等等，綜合導致過去40年裡北極變暖的速度是其他地區的兩倍，今年更是有研究稱，南北極的變暖速度實際都已達到了地球平均水平的三倍以上。

對未來北極海冰的預測，國際上主流觀點認為本世紀中葉前，北極可能會出現無冰狀態，即海冰覆蓋範圍小於100萬平方公裡，但是如果不限制溫室氣體排放，北極無冰狀態出現的時間將會提前。

8月10日，《自然·氣候變化》雜誌發表的英國氣象局哈德利中心的研究論文預測，若不採取措施限制溫室氣體排放，北極海冰可能在2035年完全消失。8月13日，《自然·通訊地球與環境》刊登的美國俄亥俄州立大學一項新研究表明，格陵蘭島的冰蓋已經融化到無可挽回的地步，每年向海洋傾瀉的冰塊超過2800億噸，成為全球海平面上升的最大貢獻者。

種種跡象表明，作為全球氣候變化的重要指示器，北極海冰融化已不容忽視。冰架坍塌，冰蓋融化，不僅導致海平面上升，淹沒部分島嶼，影響沿海城市，還會影響大氣和海洋環流，增加氣候災害，引發物種危機等等。在這樣的挑戰面前，迫切需要各國攜手共同抗擊全球氣候變化。

北極海冰將於2065年無冰？

中國氣象報實習記者 張藝博

隨著全球碳排放量增加，全球變暖效應顯著，北極經歷了前所未有的變化，最顯著的特徵就是北極氣溫升高的速度是其他地區的兩倍多。北極海冰也在發生巨大變化：海冰密集度降低、範圍迅速減少、厚度降低，且具有從多年凍冰向季節性海冰轉換的趨勢。

為預測未來氣候變化，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）徵集了全球約40個模式，目前第五次全球耦合模式比較計劃（CMIP5）已經全部完成，被認為是當前較為權威和主流的觀點，其中包含了對北極海冰未來發展的預測。海冰模式利用歷史海冰、大氣和海洋數據建立統計模型，用來預測海冰密集度、海冰厚度等的空間分布。

CMIP5模式顯示未來全球變暖背景下，北極9月海冰會不斷融化，本世紀中葉前，北極可能會出現無冰狀態，空間範圍不斷向格陵蘭島收縮。

CMIP5中模擬效果最好的模式結果顯示在人類碳排放量減少的情況下，北冰洋將在2065年9月首次達到無冰狀態，但也有許多模型顯示，在21世紀末海冰範圍仍然保持在200萬平方公裡以上。而在未來人類活動排放的CO2等溫室氣體不斷增加的情景下，北極海冰生存環境或將會進一步惡化。模擬效果較好的模式普遍認為在2040年至2060年間，北極將首次出現無冰狀態，這被認為是北極氣候的「轉折點」。

除海冰範圍將會大幅度減小外，海冰厚度也將明顯變薄。當前，加拿大群島附近的北極區域海冰厚度最高，以此為中心向周圍逐漸變薄。據CMIP5的預測，北冰洋整體海冰將會進一步變薄，加拿大群島附近將成為北極海冰最後的「避難所」。

此外，最新觀測證明，今年9月將是有觀測記錄以來北極海冰範圍的史上第二低值。

孫丞虎認為，CMIP5所模擬出的結果具有一定參考性，但由於自然季節性恢復以及大氣內部變率的影響，海冰也會出現短暫恢復性增長，對於海冰範圍的減少具有一定抑制作用。但這並不意味著北極未來海冰情況是樂觀的，由於重新生成的海冰大多為薄冰，可能會發生破碎融化而重新消失。全球變暖、海冰融化關乎人類生存和命運，需要國際社會共同努力，阻止全球進一步變暖。

北極升溫致北半球氣候變化明顯

中國氣象報記者 李一鵬

近年來，北極氣溫迅速升高，且速度超過全球其他緯度。

「北極變暖不僅是某一個測站某一個時間點的變暖，而是整個北極地區所有觀測站點的平均氣溫相對於氣候平均（1981-2010） 年的溫度異常，多套再分析資料均一致顯示北極地區增暖的速度是全球平均的2倍至3倍。」肖棟說。

北極歷來是影響東亞冬季天氣、氣候的關鍵區域之一。在大氣環流中，如果某一區域溫度顯著升高，很可能影響到大氣整體環流形勢，這是相對容易理解的過程。北極升溫迅速，一方面大氣變暖，另一方面海冰會融化，這都會影響到整體的氣候。

「從氣候動力學角度來看，北極變暖會導致北極和中緯度之間的溫度梯度減小，導致大氣正壓性增強，有利於中緯度極端天氣氣候事件的發生。」肖棟介紹。

北半球中緯度是世界人口的密集區，在北緯20度至65度的溫帶和亞熱帶區域內居住著約80%的世界人口。研究顯示，北極變化與中國極端高溫、極端低溫、強降水、暴雪、霾日數，以及歐洲的高溫熱浪、歐亞大陸北部冬季變冷趨勢、美國東北部暴風雪等有密切聯繫。

據武炳義介紹，目前秋、冬季節是北極海冰快速形成時期，此時北極海冰對大氣環流的影響要強於大氣對海冰的影響。北極海冰通過以下兩個可能機制來影響東亞冬季的天氣、氣候：一是北極海冰的負反饋機制，二是由海冰異常偏少引起的平流層—對流層相互作用機制。秋、冬季節北極海冰異常偏少，特別是巴倫支海—喀拉海海冰異常偏少，可以加強冬季西伯利亞高壓（東亞冬季風偏強）。

當然，關於北極變化與中緯度天氣氣候之間是否有聯繫仍是當前的熱點科學問題，甚至存在激烈爭論。「儘管氣象學者已經對北極變暖的機制進行了大量研究，但是北極變暖的速度還是超出了預期， 說明我們對北極變暖機制的了解仍有不足。」肖棟說。

但如果北極持續「高燒」，按照北極海冰預計2050年全部融化來計算，途徑北冰洋的西北航道將完全開放，將會縮短約1/3的航運成本，但格陵蘭冰蓋會進一步融化。若格陵蘭冰蓋完全融化，全球海平面將上升約7米，全球上百個海濱城市包括上海和廣州將沉入水底。此外，北極變暖會導致中高緯度凍土解封，對建造在凍土之上的高速路、管道、軌道、橋梁等等基建造成較大的安全隱患，並且藏於其中的史前病毒可能會被釋放到自然界之中。隨著北極氣候變暖，北半球中緯度地區頻頻發生極端高溫事件，發生森林火災的風險越來越高。

肖棟建議，防範北極變暖對我國的不利影響，需要從短期和長遠兩個方面來做準備。短期來講，加強關於北極的基礎研究，尤其是發展考慮北極信號的天氣至季節預報和預測方法，防範北極變暖可能引起的極端天氣氣候事件對我國人民生命和財產安全的威脅。從長遠來講，需要全球各國相向而行，落實《巴黎協定》，採取更加嚴格的減排計劃減緩氣候變暖，才是根本所在。