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北极海冰减少 影响的不仅仅是北极熊的家

2020-09-08 科技日报 陆成宽
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  圖爲站在挪威斯瓦爾巴特群島融化海冰上的北極熊。視覺中國供圖

  海冰曾是北冰洋的“甲胄”,如今“甲胄”越來越薄、越來越軟,有些已變成“輕紗”。海冰變化不是孤立事件,而是一個能引發海洋和大氣一系列變化的導火索。

  中國科學院青藏高原研究所高寒環境質量與安全團隊叢志遠研究員與合作者研究發現,北極海冰減少加劇氣溶膠等汙染物向青藏高原輸送,相關研究成果于8月31日在線發表于《自然-氣候變化》。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複存在,甚至有科學家預測15年內北極海冰將消失。

  北極海冰真的會越來越少甚至消失嗎?北極海冰減少究竟會帶來哪些影響?爲此,記者采訪了相關專家。

  本世紀中葉北極或將無冰

  氣候變化最明顯的迹象之一,就是北極海冰覆蓋範圍——海冰密集度超過15%的區域正在急劇縮小。9月是北極海冰覆蓋範圍最少的月份,自1979年有衛星觀測記錄以來,北極9月份海冰在以每10年12.9%的速度減少。事實上,其他月份北極海冰覆蓋範圍也都呈現減少趨勢。

  “對未來北極海冰的預測,國際上主流觀點認爲本世紀中葉前,北極可能會出現無冰狀態,即海冰覆蓋範圍小于100萬平方公裏,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。”中國科學院大氣物理研究所宋米榮博士告訴科技日報記者。

  北極的變暖速度是全球變暖速度的2—3倍,北極的海冰正在不斷減少。冰齡超過4年的海冰被科學家稱爲“多年冰”,研究表明,20世紀80年代,北極地區約有三分之一的海冰爲多年冰,如今北冰洋的多年冰已經近乎完全消失,取而代之的是每年會形成並完全融化的一年冰,它們將更容易在夏天融化,加劇海平面上升與溫室效應。

  與此同時,北極海冰的厚度也發生了明顯變化,以往北極夏天的平均冰層厚度爲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。

  “照此下去,北極海冰在未來幾十年內將完全消失。”宋米榮強調。

  不久前,全球33家主要研究机构提交了对今年9月北极海冰覆盖面积的展望。其中,中科院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟國家重點實驗室(LASG)提交的数值显示,今年9月海冰面积将减少到380万平方公里,这将是有观测记录以来海冰面积第二小值,仅大于2012年创纪录的357万平方公里。

  精准預測還有很高難度

  海冰面積是對海洋上海冰覆蓋區域的一種度量,海冰存在較高的反射率,能夠將大部分的太陽輻射反射出去,使極地維持一個冷源的狀態,而海冰面積的大小則能反映出進入地球系統的太陽輻射的多少。

  科學家之所以高度關注北極海冰,是因爲它的變化不僅對局地氣候有顯著影響,而且對全球的大氣、海洋系統都有持續影響。更重要的是,極地海冰和氣候變化對中高緯度地區的氣候,特別是我國氣候産生的影響十分顯著。

  爲了精准預測北極海冰的覆蓋面積,科學家操碎了心。

  中國科學院大氣物理研究所研究員劉骥平表示,目前北極海冰預測變得越來越重要,基于現有的預測手段和技術來看,准確預測海冰的難度非常高。

  劉骥平說,一個重要的手段是通過建立數值模式來進行預測,這需要利用曆史海冰、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。劉骥平課題組就研發了一個北極海冰數值預測系統,這個系統可以利用大氣—海冰—海洋的全耦合的北極區域數值預報模型進行海冰預測,最新預測的結果是今年9月北極海冰範圍最小值是436萬平方公裏。

  另外,衛星觀測目前是北極海冰監測的最重要的手段。“在衛星每天幾次越過極地地區的時候,衛星上的高級微波掃描輻射計、特殊傳感器微波成像儀收集數據,通過對數據形成的圖像進行分析反演,可以得到極地海冰密集度的分布,進而計算得到海冰面積。”宋米榮說。

  劉骥平介紹說,衛星遙感具有大尺度、實時與連續觀測的特點,高分辨率的衛星,其分辨率能夠達到幾百米,這樣能夠幫助研究人員看到海冰的形態演變狀況,可以爲數值模型提供更准確、更合理的海冰初始條件,進而減小數值模型的模擬偏差,提高北極海冰的預測能力。

  但同時,高分辨率衛星遙感在極地只能比較好地觀測到海冰覆蓋情況,雲層覆蓋使得高分辨率可見光和近紅外衛星遙感大打折扣,對海冰厚度和其他狀態的估算有比較大的誤差。

  海冰減少將引發一系列變化

  全球變暖無疑在北極海冰的減少中扮演著至關重要的角色。然而據研究,引起北極海冰變化的原因除了全球變暖以外,還有以下因素:北極陸地冰川融化導致徑流加大,使北極結冰量受到顯著影響;來自大西洋的暖水溫度和流量變化對北極海冰影響很大;來自太平洋的海水溫度較高,影響北極夏季海冰融化;北極某些區域的風力趨于減弱,顯著影響海冰輸出,對北冰洋總體冰量産生影響。

  海冰曾是北冰洋的“甲胄”,如今“甲胄”越來越薄、越來越軟,有些已變成“輕紗”。海冰變化不是孤立事件,而是一個導火索,能引發海洋和大氣的一系列變化,進而會深遠地影響高寒地區的生態系統、海岸線穩定與人居環境,與此同時,也將進一步作用于全球氣候系統,影響極端事件的強度和頻次。

  在宋米榮看來,北極海冰的減少,將直接影響極地的生態環境。在海冰的底部有特定的藻類和細菌生長,爲浮遊生物提供食物,浮遊生物又喂養了較大的動物。海冰的減少特別是夏季出現更多的開闊水域,將造成浮遊生物大幅減少,進而影響以浮遊生物爲食的動物。此外,北極熊、海豹、海象等正在喪失棲息地,被迫向北移動,而一些新的物種如北大西洋鳕魚和頂級捕食者鯨魚等則因爲沒有海冰覆蓋而遷入,使極地的生態環境發生變化。

  如果北極海冰完全消失,除了極地的生態環境被改變外,也會破壞全球海洋環流,對極地和全球天氣氣候系統産生影響,北極永久凍土裏凍結的溫室氣體可能被釋放,加劇北極的變暖。研究表明,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密切相關。比如,在北極加速變暖的階段,美國東北部發生強暴風雪的城市數量明顯增加。

  此外,北極加速變暖還會導致格陵蘭冰蓋進一步融化,引起海平面上升,海水會向內陸倒灌使得鹽土向內陸擴展,從而導致土地鹽漬化和沼澤化,靠近沿海地區的種植面積會因此急劇減少,造成糧食産量下降。

  因此,在人口密集的北半球中低緯度地區,越來越頻繁的極端天氣氣候事件,將對人類生命和財産安全構成直接挑戰。

  可能的利好是,太平洋與大西洋之間通過北冰洋的航線將變得頻繁。隨著全球氣候變暖,北極海冰不斷融化,讓北極航道逐漸具備通航可能性。北極航道主要包括俄羅斯沿岸的東北航道、穿越北冰洋中央公海海域的中央航道和途經加拿大北部北極群島的西北航道。東北航道是目前主要通航的路線,近年來,我國已試航成功的集裝箱船走的就是東北航道。

打印 責任編輯:張芳丹

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