北極海冰面積再現低值丨北極何時無冰？尚難準確測定

2020-08-27 中國科學報

作者：崔雪芹

氣候變化可能意味著許多北極熊的滅絕。 圖片來源：All Canada Photos/Alamy


不久前，全球33家主要研究機構提交了對今年9月海冰覆蓋面積的展望。其中，中科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（LASG）提交的數值顯示，9月海冰面積將減少到380萬平方公裡，這將是有觀測記錄以來海冰面積第二小值，僅大於2012年創紀錄的357萬平方公裡。

國際社會非常關注何時會出現北極夏季無冰狀態，即北冰洋的海冰面積小於100萬平方公裡。中國氣象科學研究院研究員任宏利告訴《中國科學報》，這個時間節點可能在未來20~30年出現。不過，科學家對北極何時出現夏季無冰狀態還有爭議。

最新海冰覆蓋面積預測

根據衛星觀測數據，北極海冰的覆蓋面積每年3月份最大，9月份最小。不久前全球33家主要研究機構提交了9月北極海冰面積展望，包括16個數值模式預測結果和14個統計預測結果以及3個定性分析結果，但各機構提交的結果有較大差別。

中科院大氣物理研究所副研究員魏科介紹，其中美國華盛頓大學提交的預測數值最小，僅為320萬平方公裡；其次為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預測數值，為350萬平方公裡；LASG提交的預測數值是380萬平方公裡，這三組數據都低於400萬平方公裡，遠低於所有模式的中值範圍。

而美國海軍研究實驗室ESPC系統、挪威METNO SPARSE、法國APPLICATE CNRM等的預測，均大幅度高於所有模式的中值範圍，例如，ESPC系統的預測數值為620萬平方公裡。

對此，美國紐約州立大學教授劉驥平指出，今年春季的西伯利亞熱浪引發了俄羅斯沿岸的海冰較早退縮，導致拉普捷夫海和巴倫支海的海冰範圍非常小。同時，今年入夏，北極出現了異常高溫，比如6月20日，俄羅斯西伯利亞地區維爾霍揚斯克市白天最高氣溫達到了38℃。這是一個罕見的數值，因為歷史同期此地的最高溫度僅為22℃。不排除今年9月北極海冰面積傾向「低於400萬平方公裡」。

全球氣候變化的「放大器」

北極海冰面積在地球系統中起著至關重要的作用。海冰反射了高達80%的入射陽光，起著降溫作用，海冰面積大小調製了進入地球系統入射太陽光的多少。

當氣候變化導致溫度升高時，海冰消融加劇，極晝入射的太陽光可以更多地進入海洋，海水吸收更多熱量，溫度升高更快，進而導致更大規模的海冰消融。這是一個正反饋過程，彼此加強，對全球氣候變化起到「放大器」的作用。

在全球變暖過程中，北極地區的增暖幅度可達全球平均值的兩倍以上，這被稱作「北極放大」現象，會加劇全球變暖和北極海冰的消融。「北極海冰面積比上世紀70年代已經減小了40%，而總冰量則大幅度減少70%。」魏科說。

2019年9月25日，聯合國政府間氣候變化專門委員會發布了《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》，評估了最新的關於海洋和冰凍圈的變化、影響和適應對策，體現了目前科學界對於海洋和冰凍圈的最新認識。

報告指出，全球海洋和冰凍圈變化加速，在有衛星觀測的1979年至2018年期間，北極9月份海冰範圍以每10年約12.8%的速度快速減少，目前階段的海冰範圍是至少1000年裡的最小數值。北極海冰也在持續變薄，1979至2018年期間，5年以上厚冰的面積減少了約90%。

作為全球氣候變化的「指標和放大器」，全球冰凍圈的健康和穩定是氣候系統穩定的基石，其快速消融必然會深遠影響高寒地區的生態系統、海岸線穩定與人居環境，同時也將進一步調製全球氣候系統，影響極端事件的強度和頻次。例如，北極熊、海象和鯨魚依靠海冰的存在維持它們的狩獵、繁殖和遷徙習慣，大幅度的海冰減少，將對北極地區的生態系統產生深遠的影響。

「北極海冰範圍和面積異常變化，將深刻影響航海安全和北極周邊生態系統，對中低緯大氣環流演變和極端天氣氣候事件的發生都有重要影響。」任宏利指出。

北極海冰預測非易事

北極海冰預測可以為全球氣候變化監測、北極航道利用、北極資源開發、北極地區環境評估等提供科學依據和參考。

「現在北極海冰的預測變得越來越重要，我們需要能準確預測北極海冰的手段與技術。然而，海冰的預測還是非常難的。」劉驥平強調說。

他表示，要想做好預測，需要建立一個非常複雜的數值模式，這個模式包括大氣、海冰與海洋等，要考慮它們之間的相互作用，求解一系列非常複雜的數學物理方程，再進行預測。

「我們主要通過模式對北極海冰進行預測，中國氣象局的中國多模式集合預測系統（CMME），可每月發布南北極海冰預測業務產品。」任宏利介紹說。

還有一個手段是衛星遙感。劉驥平指出，只有高解析度的衛星，才能夠看到海冰的形態演變狀況，提供短時海冰的監測。但高解析度衛星遙感在極地面臨很大的挑戰。被雲覆蓋的海冰監測，使得高解析度可見光和近紅外衛星遙感效果大打折扣；微波衛星遙感可以穿透雲，但解析度較低。

魏科表示，制定合理的政策和措施，進行長期的減排和短期的氣候變化適應，是應對氣候變化影響和風險的應有之義。

《中國科學報》 (2020-08-21 第4版 綜合)

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