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(gè)能引發(fā)海洋和大氣一系列變化的導(dǎo)火索。
中國科學(xué)院青藏高原研究所高寒環(huán)境質(zhì)量與安全團(tuán)隊(duì)叢志遠(yuǎn)研究員與合作者研究發(fā)現(xiàn),北極海冰減少加劇氣溶膠等污染物向青藏高原輸送,相關(guān)研究成果于8月31日在線發(fā)表于《自然-氣候變化》。近期,有關(guān)北極海冰減少的壞消息接二連三:加拿大現(xiàn)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(fù)存在,甚至有科學(xué)家預(yù)測(cè)15年內(nèi)北極海冰將消失。
北極海冰真的會(huì)越來越少甚至消失嗎?北極海冰減少究竟會(huì)帶來哪些影響?為此,記者采訪了相關(guān)
專家。
本世紀(jì)中葉北極或?qū)o冰
氣候變化最明顯的跡象之一,就是北極海冰覆蓋范圍——海冰密集度超過15%的區(qū)域正在急劇縮小。9月是北極海冰覆蓋范圍最少的月份,自1979年有衛(wèi)星觀測(cè)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(shí)上,其他月份北極海冰覆蓋范圍也都呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。
“對(duì)未來北極海冰的預(yù)測(cè),國際上主流觀點(diǎn)認(rèn)為本世紀(jì)中葉前,北極可能會(huì)出現(xiàn)無冰狀態(tài),即海冰覆蓋范圍小于100萬平方公里,但是如果不限制溫室氣體排放,北極無冰狀態(tài)出現(xiàn)的時(shí)間將會(huì)提前。”中國科學(xué)院大氣物理研究所宋米榮博士告訴科技日?qǐng)?bào)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(xué)家稱為“多年冰”,研究表明,20世紀(jì)80年代,北極地區(qū)約有三分之一的海冰為多年冰,如今北冰洋的多年冰已經(jīng)近乎完全消失,取而代之的是每年會(huì)形成并完全融化的一年冰,它們將更容易在夏天融化,加劇海平面上升與溫室效應(yīng)。
與此同時(shí),北極海冰的厚度也發(fā)生了明顯變化,以往北極夏天的平均冰層厚度為4.88米,到20世紀(jì)末只有2.75米左右,減少了43%。進(jìn)入21世紀(jì)以來,北極海冰的退縮速度大大超出人們的預(yù)期。
“照此下去,北極海冰在未來幾十年內(nèi)將完全消失。”宋米榮強(qiáng)調(diào)。
不久前,全球33家主要研究機(jī)構(gòu)提交了對(duì)今年9月北極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(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(LASG)提交的數(shù)值顯示,今年9月海冰面積將減少到380萬平方公里,這將是有觀測(cè)記錄以來海冰面積第二小值,僅大于2012年創(chuàng)紀(jì)錄的357萬平方公里。
精準(zhǔn)預(yù)測(cè)還有很高難度
海冰面積是對(duì)海洋上海冰覆蓋區(qū)域的一種度量,海冰存在較高的反射率,能夠?qū)⒋蟛糠值奶栞椛浞瓷涑鋈ィ箻O地維持一個(gè)冷源的狀態(tài),而海冰面積的大小則能反映出進(jìn)入地球系統(tǒng)的太陽輻射的多少。
科學(xué)家之所以高度關(guān)注北極海冰,是因?yàn)樗淖兓粌H對(duì)局地氣候有顯著影響,而且對(duì)全球的大氣、海洋系統(tǒng)都有持續(xù)影響。更重要的是,極地海冰和氣候變化對(duì)中高緯度地區(qū)的氣候,特別是我國氣候產(chǎn)生的影響十分顯著。
為了精準(zhǔn)預(yù)測(cè)北極海冰的覆蓋面積,科學(xué)家操碎了心。
中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員劉驥平表示,目前北極海冰預(yù)測(cè)變得越來越重要,基于現(xiàn)有的預(yù)測(cè)手段和技術(shù)來看,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)海冰的難度非常高。
劉驥平說,一個(gè)重要的手段是通過建立數(shù)值模式來進(jìn)行預(yù)測(cè),這需要利用歷史海冰、大氣和海洋數(shù)據(jù)建立統(tǒng)計(jì)模型,用來預(yù)測(cè)海冰密集度、海冰厚度等的空間分布。劉驥平課題組就研發(fā)了一個(gè)北極海冰數(shù)值預(yù)測(cè)系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)可以利用大氣—海冰—海洋的全耦合的北極區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)模型進(jìn)行海冰預(yù)測(cè),最新預(yù)測(cè)的結(jié)果是今年9月北極海冰范圍最小值是436萬平方公里。
另外,衛(wèi)星觀測(cè)目前是北極海冰監(jiān)測(cè)的最重要的手段。“在衛(wèi)星每天幾次越過極地地區(qū)的時(shí)候,衛(wèi)星上的高級(jí)微波掃描輻射計(jì)、特殊傳感器微波成像儀收集數(shù)據(jù),通過對(duì)數(shù)據(jù)形成的圖像進(jìn)行分析反演,可以得到極地海冰密集度的分布,進(jìn)而計(jì)算得到海冰面積。”宋米榮說。
劉驥平介紹說,衛(wèi)星遙感具有大尺度、實(shí)時(shí)與連續(xù)觀測(cè)的特點(diǎn),高分辨率的衛(wèi)星,其分辨率能夠達(dá)到幾百米,這樣能夠幫助研究人員看到海冰的形態(tài)演變狀況,可以為數(shù)值模型提供更準(zhǔn)確、更合理的海冰初始條件,進(jìn)而減小數(shù)值模型的模擬偏差,提高北極海冰的預(yù)測(cè)能力。
但同時(shí),高分辨率衛(wèi)星遙感在極地只能比較好地觀測(cè)到海冰覆蓋情況,云層覆蓋使得高分辨率可見光和近紅外衛(wèi)星遙感大打折扣,對(duì)海冰厚度和其他狀態(tài)的估算有比較大的誤差。
海冰減少將引發(fā)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(guān)重要的角色。然而據(jù)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(dǎo)致徑流加大,使北極結(jié)冰量受到顯著影響;來自大西洋的暖水溫度和流量變化對(duì)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(qū)域的風(fēng)力趨于減弱,顯著影響海冰輸出,對(duì)北冰洋總體冰量產(chǎn)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(gè)導(dǎo)火索,能引發(fā)海洋和大氣的一系列變化,進(jìn)而會(huì)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,與此同時(shí),也將進(jìn)一步作用于全球氣候系統(tǒng),影響極端事件的強(qiáng)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(tài)環(huán)境。在海冰的底部有特定的藻類和細(xì)菌生長,為浮游生物提供食物,浮游生物又喂養(yǎng)了較大的動(dòng)物。海冰的減少特別是夏季出現(xiàn)更多的開闊水域,將造成浮游生物大幅減少,進(jìn)而影響以浮游生物為食的動(dòng)物。此外,北極熊、海豹、海象等正在喪失棲息地,被迫向北移動(dòng),而一些新的物種如北大西洋鱈魚和頂級(jí)捕食者鯨魚等則因?yàn)闆]有海冰覆蓋而遷入,使極地的生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化。
如果北極海冰完全消失,除了極地的生態(tài)環(huán)境被改變外,也會(huì)破壞全球海洋環(huán)流,對(duì)極地和全球天氣氣候系統(tǒng)產(chǎn)生影響,北極永久凍土里凍結(jié)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(qiáng)降水、暴雪、霾日數(shù),以及歐洲的高溫?zé)崂耍瑲W亞大陸北部冬季變冷趨勢(shì),美國東北部暴風(fēng)雪等密切相關(guān)。比如,在北極加速變暖的階段,美國東北部發(fā)生強(qiáng)暴風(fēng)雪的城市數(shù)量明顯增加。
此外,北極加速變暖還會(huì)導(dǎo)致格陵蘭冰蓋進(jìn)一步融化,引起海平面上升,海水會(huì)向內(nèi)陸倒灌使得鹽土向內(nèi)陸擴(kuò)展,從而導(dǎo)致土地鹽漬化和沼澤化,靠近沿海地區(qū)的種植面積會(huì)因此急劇減少,造成糧食產(chǎn)量下降。
因此,在人口密集的北半球中低緯度地區(qū),越來越頻繁的極端天氣氣候事件,將對(duì)人類生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成直接挑戰(zhàn)。
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(jīng)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。
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