北极海冰减少 影响的不仅仅是北极熊的家

图为站在挪威斯瓦尔巴特群岛融化海冰上的北极熊    视觉中国供图


  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”。海冰变化不是孤立事件,而是一个能引发海洋和大气一系列变化的导火索。

  中国科学院青藏高原研究所高寒环境质量与安全团队丛志远研究员与合作者研究发现,北极海冰减少加剧气溶胶等污染物向青藏高原输送,相关研究成果于8月31日在线发表于《自然-气候变化》。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15年内北极海冰将消失。

  北极海冰真的会越来越少甚至消失吗?北极海冰减少究竟会带来哪些影响?为此,记者采访了相关专家。

 本世纪中叶北极或将无冰

  气候变化最明显的迹象之一,就是北极海冰覆盖范围——海冰密集度超过15%的区域正在急剧缩小。9月是北极海冰覆盖范围最少的月份,自1979年有卫星观测记录以来,北极9月份海冰在以每10年12.9%的速度减少。事实上,其他月份北极海冰覆盖范围也都呈现减少趋势。

  “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。”中国科学院大气物理研究所宋米荣博士告诉科技日报记者。

  北极的变暖速度是全球变暖速度的2—3倍,北极的海冰正在不断减少。冰龄超过4年的海冰被科学家称为“多年冰”,研究表明,20世纪80年代,北极地区约有三分之一的海冰为多年冰,如今北冰洋的多年冰已经近乎完全消失,取而代之的是每年会形成并完全融化的一年冰,它们将更容易在夏天融化,加剧海平面上升与温室效应。

  与此同时,北极海冰的厚度也发生了明显变化,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。

  “照此下去,北极海冰在未来几十年内将完全消失。”宋米荣强调。

  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国家重点实验室(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。

 精准预测还有很高难度

  海冰面积是对海洋上海冰覆盖区域的一种度量,海冰存在较高的反射率,能够将大部分的太阳辐射反射出去,使极地维持一个冷源的状态,而海冰面积的大小则能反映出进入地球系统的太阳辐射的多少。

  科学家之所以高度关注北极海冰,是因为它的变化不仅对局地气候有显著影响,而且对全球的大气、海洋系统都有持续影响。更重要的是,极地海冰和气候变化对中高纬度地区的气候,特别是我国气候产生的影响十分显著。

  为了精准预测北极海冰的覆盖面积,科学家操碎了心。

  中国科学院大气物理研究所研究员刘骥平表示,目前北极海冰预测变得越来越重要,基于现有的预测手段和技术来看,准确预测海冰的难度非常高。

  刘骥平说,一个重要的手段是通过建立数值模式来进行预测,这需要利用历史海冰、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。刘骥平课题组就研发了一个北极海冰数值预测系统,这个系统可以利用大气—海冰—海洋的全耦合的北极区域数值预报模型进行海冰预测,最新预测的结果是今年9月北极海冰范围最小值是436万平方公里。

  另外,卫星观测目前是北极海冰监测的最重要的手段。“在卫星每天几次越过极地地区的时候,卫星上的高级微波扫描辐射计、特殊传感器微波成像仪收集数据,通过对数据形成的图像进行分析反演,可以得到极地海冰密集度的分布,进而计算得到海冰面积。”宋米荣说。

  刘骥平介绍说,卫星遥感具有大尺度、实时与连续观测的特点,高分辨率的卫星,其分辨率能够达到几百米,这样能够帮助研究人员看到海冰的形态演变状况,可以为数值模型提供更准确、更合理的海冰初始条件,进而减小数值模型的模拟偏差,提高北极海冰的预测能力。

  但同时,高分辨率卫星遥感在极地只能比较好地观测到海冰覆盖情况,云层覆盖使得高分辨率可见光和近红外卫星遥感大打折扣,对海冰厚度和其他状态的估算有比较大的误差。

  海冰减少将引发一系列变化

  全球变暖无疑在北极海冰的减少中扮演着至关重要的角色。然而据研究,引起北极海冰变化的原因除了全球变暖以外,还有以下因素:北极陆地冰川融化导致径流加大,使北极结冰量受到显著影响;来自大西洋的暖水温度和流量变化对北极海冰影响很大;来自太平洋的海水温度较高,影响北极夏季海冰融化;北极某些区域的风力趋于减弱,显著影响海冰输出,对北冰洋总体冰量产生影响。

  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”。海冰变化不是孤立事件,而是一个导火索,能引发海洋和大气的一系列变化,进而会深远地影响高寒地区的生态系统、海岸线稳定与人居环境,与此同时,也将进一步作用于全球气候系统,影响极端事件的强度和频次。

  在宋米荣看来,北极海冰的减少,将直接影响极地的生态环境。在海冰的底部有特定的藻类和细菌生长,为浮游生物提供食物,浮游生物又喂养了较大的动物。海冰的减少特别是夏季出现更多的开阔水域,将造成浮游生物大幅减少,进而影响以浮游生物为食的动物。此外,北极熊、海豹、海象等正在丧失栖息地,被迫向北移动,而一些新的物种如北大西洋鳕鱼和顶级捕食者鲸鱼等则因为没有海冰覆盖而迁入,使极地的生态环境发生变化。

  如果北极海冰完全消失,除了极地的生态环境被改变外,也会破坏全球海洋环流,对极地和全球天气气候系统产生影响,北极永久冻土里冻结的温室气体可能被释放,加剧北极的变暖。研究表明,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密切相关。比如,在北极加速变暖的阶段,美国东北部发生强暴风雪的城市数量明显增加。

  此外,北极加速变暖还会导致格陵兰冰盖进一步融化,引起海平面上升,海水会向内陆倒灌使得盐土向内陆扩展,从而导致土地盐渍化和沼泽化,靠近沿海地区的种植面积会因此急剧减少,造成粮食产量下降。

  因此,在人口密集的北半球中低纬度地区,越来越频繁的极端天气气候事件,将对人类生命和财产安全构成直接挑战。

  可能的利好是,太平洋与大西洋之间通过北冰洋的航线将变得频繁。随着全球气候变暖,北极海冰不断融化,让北极航道逐渐具备通航可能性。北极航道主要包括俄罗斯沿岸的东北航道、穿越北冰洋中央公海海域的中央航道和途经加拿大北部北极群岛的西北航道。东北航道是目前主要通航的路线,近年来,我国已试航成功的集装箱船走的就是东北航道。


来源:科技日报
作者:陆成宽

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