北極海冰：氣候變化的關(guān)鍵指標(biāo)和“放大器”

1、北極海冰范圍達(dá)到年內(nèi)最小，創(chuàng)歷史第二小的記錄

2019年9月17日，北冰洋海冰范圍達(dá)到了2019年的最小值，約為415萬平方公里，比1980-2010年期間的氣候平均值(628萬平方公里)小約34%，偏離氣候態(tài)的幅度超過90%的百分位，這一數(shù)值僅比2012年數(shù)值大，是有現(xiàn)代觀測記錄以來海冰范圍第二小的年份。從今年年初開始，北極海冰范圍即逼近甚至超過歷史最小值，從8月中旬開始由于受海表面風(fēng)向變化的影響，才止住快速減少的趨勢。

圖1。 2019年9月中旬，北極海冰范圍達(dá)到年內(nèi)最小值，這是有現(xiàn)代觀測記錄以來海冰范圍第二小的歷史記錄，北極海冰范圍數(shù)據(jù)來自于美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心(https：//nsidc.org/data)。　　一般而言，9月之后隨著秋冬季的到來和海溫的降低，北冰洋開始形成新的積冰，海冰范圍開始逐漸增加，沒有融化的部分積累成為多年積冰，一直到來年三月份海冰范圍達(dá)到最大，隨著春夏季的到來不斷融化，直到9月份達(dá)到最小值，從而形成北極海冰的年循環(huán)過程。盡管關(guān)于海冰的數(shù)據(jù)有長達(dá)1450年的代用資料(Kinnard et al。， 2011; Vavrus et al。， 2017)，但是海冰的監(jiān)測數(shù)據(jù)在1950s年以前總體偏少，自20世紀(jì)70年代末進(jìn)入衛(wèi)星時(shí)代之后，數(shù)據(jù)才真正豐富起來。

北極海冰范圍和面積大小不僅影響航海安全、北極周邊生態(tài)系統(tǒng)，而且是氣候變化中舉足輕重的成員，可以影響中低緯大氣環(huán)流，造成極端的天氣氣候事件(Overland et al。， 2016)。海冰的反照率是海洋的5-6倍，其面積大小調(diào)制進(jìn)入地球系統(tǒng)的入射太陽光的多少，通過冰雪-反照率的正反饋機(jī)制，對氣候變化起到“放大器”的作用。在全球變暖的過程中，北極地區(qū)的增暖幅度可達(dá)全球平均值的兩倍以上，被稱作“北極放大”現(xiàn)象(Serreze et al。， 2009)，這會加劇全球變暖和北極海冰的消融。事實(shí)上北極的海冰面積比上世紀(jì)70年代已經(jīng)減少了40%，而總冰量則大幅度減少70%。

在持續(xù)全球變暖的影響下，北極地區(qū)可能會進(jìn)入“無冰”狀態(tài)，具體含義為北冰洋的海冰面積小于100萬平方公里，剩余的冰雪將主要集中在加拿大北極群島區(qū)域。預(yù)測北極在具體哪一年進(jìn)入“無冰”狀態(tài)有一定的難度，這主要是因?yàn)闅夂蛳到y(tǒng)內(nèi)部變率和數(shù)值模式的不確定性影響，因此各個評估報(bào)告之間有一定的差距。2013年聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報(bào)告預(yù)測的時(shí)間為約2050年。北極區(qū)域合作組織北極理事會(Arctic Council)專門設(shè)立北極監(jiān)測與評估計(jì)劃，2017年發(fā)布了第二次《北極雪、水、冰、多年凍土的評估報(bào)告》，報(bào)告認(rèn)為北極可能在21世紀(jì)30年代后期首次出現(xiàn)無冰夏季狀態(tài)。

2、《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報(bào)告》發(fā)布

2019年9月25日，IPCC在摩納哥召開的第51次會議上發(fā)布了第六次評估(AR6)的《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報(bào)告》(SROCC)(IPCC， 2019)，報(bào)告評估了最新的關(guān)于海洋和冰凍圈的變化、影響和適應(yīng)對策。報(bào)告由來自36個國家的104位頂級科學(xué)家執(zhí)筆撰寫，引用了6981篇正式發(fā)表的論文，經(jīng)過3輪來自全球80個國家的審稿人的審閱，提出總共31176條審稿意見，體現(xiàn)了目前科學(xué)界對于海洋和冰雪圈的最新認(rèn)識。

報(bào)告指出全球海洋和冰凍圈變化加速，在有衛(wèi)星觀測的1979-2018年期間，北極9月份海冰范圍以每10年12.8±2.3%的速度快速減少，目前的海冰范圍是至少1000年里的最小數(shù)值。北極海冰在持續(xù)變薄，1979-2018年期間，5年以上的厚冰的面積減少了約90%。全球冰凍圈都在大幅度融化和萎縮，2006-2015年，格陵蘭冰蓋平均每年減少質(zhì)量2780±110億噸，南極冰蓋平均每年減少質(zhì)量1550±190億噸。高緯度凍土溫度升至有觀測記錄以來的最高值，從2007年到2016年，極地和山區(qū)的凍土區(qū)域平均溫度增加了0.29±0.12°C。報(bào)告預(yù)測，如果可以將2100年全球增溫控制在2°C之內(nèi)，極區(qū)多年凍土大概有1/4消融，而如果持續(xù)高排放，則70%的多年凍土都會消融，這會威脅到凍土中約1.44-1.6萬億噸有機(jī)碳的安全，凍土和冰川消融，也會威脅到高山斜坡的穩(wěn)定性。

報(bào)告指出全球海洋加速增暖，海洋吸收了氣候系統(tǒng)額外增加熱量的90%。在969-1993年期間，海洋深度0-700米和700-2000米增溫速度分別為每年3.22±1.61 ZJ(1ZJ=1.0×1021焦)和0.97±0.64 ZJ;在1993-2017年期間，這兩個數(shù)值已經(jīng)升至6.28±0.48 ZJ和3.86±2.09 ZJ。這項(xiàng)結(jié)果采用了中國科學(xué)院大氣物理研究所的全球海溫歷史變化的最新估計(jì)，訂正了觀測儀器的系統(tǒng)性偏差和采樣偏差。

整個20世紀(jì)，全球海平面升高約15厘米，最近幾十年全球海洋變暖加速、冰蓋和陸地冰川的加速消融，引起了全球海表面加速上升，2006-2015年全球海表面增速為每年3.6mm，幾乎是1901-1990年平均數(shù)值(1.4mm)的2.5倍。新報(bào)告預(yù)估的未來海平面變化比原來的數(shù)值更高，這是因?yàn)榕f的數(shù)值模型里雖然包括冰蓋和冰川融化的影響，但大都沒有考慮冰蓋的動力過程，而近些年，越來越多的新數(shù)值模型和統(tǒng)計(jì)方法在一定程度上考慮到了冰蓋動力過程的影響，使得對未來海平面的預(yù)估更高。根據(jù)SROCC報(bào)告，在低排放的RCP2.6情形下，預(yù)估2100年全球平均海平面比1986-2005年的平均值上升0.43米(可能范圍0.29~0.59米)，而在高排放的RCP8.5情形下，預(yù)估2100年的全球平均海平面上升為0.84米(可能范圍0.61~1.10米)，這些數(shù)值都比IPCC第五次評估報(bào)告的數(shù)值向上修正。

預(yù)估較長時(shí)間(2100年以后)的海冰與海平面高度變化情況存在較大的不確定性，主要源自排放情景、兩極冰雪的反饋機(jī)制等的不確定，海冰、格陵蘭島和南極大陸冰蓋、海平面等對全球溫度升高的響應(yīng)時(shí)間尺度存在差異，且各個數(shù)值模式的模擬結(jié)果存在較大的差別，尤其是隨著時(shí)間延長，溫室氣體的排放情景會主導(dǎo)預(yù)估的結(jié)果。另外，盡管模式預(yù)估的趨勢明確，但是具體變化情況還有不確定的部分，特別是對冰蓋和冰川變化是否存在非線性的“突變點(diǎn)”或“臨界點(diǎn)”(tipping point，即跨過某一個閾值后海洋和冰凍圈急劇變化進(jìn)入另一個新的不可逆的氣候狀態(tài))，以及一些“臨界點(diǎn)”將何時(shí)達(dá)到，還需要進(jìn)一步的深入研究和持續(xù)評估。

作為全球氣候變化的指標(biāo)和“放大器”，全球冰凍圈的健康和穩(wěn)定是氣候系統(tǒng)穩(wěn)定的基石，其快速的消融必然會深遠(yuǎn)地影響高寒地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)、海岸線穩(wěn)定與人居環(huán)境，也進(jìn)一步調(diào)制全球的天氣和氣候系統(tǒng)，影響極端事件的強(qiáng)度和頻次。據(jù)此，制定合理的政策和措施，進(jìn)行長期的減排和短期的氣候變化適應(yīng)，才是應(yīng)對氣候變化的影響和風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)有之意。