全面應對極地氣候變化挑戰(zhàn)

　　根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報告和《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》，未來百年，南極將持續(xù)增暖，西南極冰蓋可部分或全部瓦解，導致海平面上升數(shù)米。南極周邊海域海冰快速下降，表面白色的冰雪被深色的海洋或陸地取代。南極冷源減弱，勢必將對整個地球的氣候和環(huán)境進而對人類社會產(chǎn)生重大影響。圍繞相關議題，本報記者采訪了冰川學家、英國?？巳卮髮W康沃爾校區(qū)副校長馬丁·西格特教授（Martin Siegert）和中國氣象科學研究院魏婷研究員。

 

　　南極爆發(fā)性增溫值得警惕

 

　　《中國社會科學報》：南極氣候變化會對地球產(chǎn)生什么影響？

 

　　魏婷：南極之所以重要，一方面是因為南極表面覆蓋著地球上最大的冰蓋，南極冰蓋如果全部消融，全球海平面將上升約58米；另一方面是因為南極是地球的冷源，是全球氣候的重要調節(jié)器。伴隨著全球變暖和南極升溫，近年來，南極極端天氣事件頻發(fā)，氣溫屢創(chuàng)新紀錄。例如，2020年2月6日，南極半島埃斯佩蘭薩考察站觀測到18.3℃的極端高溫，創(chuàng)整個南極有觀測以來最高紀錄。2022年3月，南極發(fā)生有記錄以來最強的爆發(fā)性增溫事件，位于南極內(nèi)陸的康科迪亞站氣溫在4日內(nèi)升高49℃，于3月18日達到-12.2℃。南極的這些極端暖事件會影響南極冰架的形態(tài)結構，尤其是當氣溫達到融點以上且極暖狀態(tài)維持較長時間的情況下，會導致南極冰架坍塌，造成全球海平面上升。

 

　　《中國社會科學報》：這幾年，發(fā)生在南極洲的極端天氣事件還有哪些？

 

　　西格特：全球熱浪此起彼伏，南極也未能幸免。2022年南極經(jīng)歷的有記錄以來最大規(guī)模的熱浪，如果不是發(fā)生在3月，而是發(fā)生在比冬季稍暖的其他季節(jié)，就會導致中南極洲冰蓋融化。這雖然并非必然對冰蓋構成威脅，但至少表明，我們的地球正在經(jīng)歷劇變。2023年格外引人關注的另一個事件是，南極洲附近的海冰變少了。海冰是漂浮在海洋上的極薄冰層，海冰的冰量微不足道，不會導致海平面上漲。但海冰最重要的功能在于將太陽輻射反射回太空。雪和冰是非常明亮的表面。因此，被海冰覆蓋的海洋表面會反射海面上的陽光，地球不會因此變暖。如果沒有了海冰，海洋就成了黑暗的表面，并將吸收來自太陽的熱量，進一步導致地球升溫。因此，在極地地區(qū)，尤其是南極和北極，海冰對平衡地球溫度而言是不可或缺的。海冰越多，南極就越能為地球降溫；海冰減少，南極將會使地球更暖。去年我們觀察到的南大洋海冰減少的冰量比過去150年來要多得多。這是一個連鎖反應：海冰變少導致海面吸收額外熱量，進而使得來年冬天海冰無法再生，地球進一步變暖。

 

　　極端天氣事件的實例不勝枚舉。再比如，100年前的人們不會看到南極洲下雨，而現(xiàn)在這個前所未見的奇觀也出現(xiàn)在南極半島。南極半島記錄的最高溫度超過了18℃。這些異常嚴重的極端天氣事件會對整個地球產(chǎn)生影響。

 

　　“北極放大效應”不容小覷

 

　　《中國社會科學報》：格陵蘭島冰蓋表面物質平衡相關極端事件的演變特征有哪些？這些事件如何幫助我們理解冰蓋動態(tài)的整體模式和趨勢？

 

　　魏婷：格陵蘭島是地球上最大的島嶼，表面大約85%的面積覆蓋著冰。格陵蘭島冰蓋是僅次于南極冰蓋的地球第二大冰蓋，如果格陵蘭島冰蓋全部消融，全球海平面將上升約7米。近年來，北極極端暖事件呈現(xiàn)出強發(fā)和頻發(fā)態(tài)勢，同時，格陵蘭島冰蓋發(fā)生數(shù)次極端消融事件。2012年夏季，格陵蘭島的異常增暖導致96%的冰蓋表面發(fā)生消融，格陵蘭島表面反照率創(chuàng)下歷史最低紀錄。2019年夏季格陵蘭島再次發(fā)生極端暖事件，大約90%的冰蓋表面發(fā)生消融。2021年8月14日，格陵蘭島冰蓋中央最高點觀測到有記錄以來的首次降雨，同時最高點氣溫持續(xù)約9個小時保持在冰點以上。這次伴隨降雨過程的暖事件造成格陵蘭島冰蓋表面發(fā)生極端消融，自有衛(wèi)星記錄以來消融量第二次超過80萬平方公里，8月下旬冰川河流流量創(chuàng)下2006年以來的最高紀錄。2022年7月，北極圈內(nèi)再次出現(xiàn)罕見高溫，溫度一度升至32.5℃，格陵蘭島冰蓋加速融化，日消融量多達60億噸；同時，高溫熱浪席卷全球，歐美以及亞洲多國遭遇持續(xù)高溫天氣。

 

　　格陵蘭島位于北極圈內(nèi)，近年來北極的增暖速率超過了全球平均值的4倍，被稱為“北極放大效應”，因而格陵蘭島也是全球升溫最快的區(qū)域之一。此外，格陵蘭島的降雪越來越多地被降雨取代。降雪有助于冰蓋的積累增長，而降雨正好相反，會促進冰蓋表面的消融。我們基于格陵蘭島觀測資料和數(shù)值模式的研究結果發(fā)現(xiàn)，過去60年尤其是1990年以來，格陵蘭島冰蓋表面的極端消融事件呈強發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢，尤以格陵蘭島西南部極端消融事件增加幅度最大。

 

　　國際合作任重道遠

 

　　《中國社會科學報》：《南極條約》等國際協(xié)議在應對氣候變化方面起到了什么作用？

 

　　西格特：應對氣候變化是南極治理的核心議題。南極不屬于任何人，它的治理是通過南極條約體系進行的，南極研究科學委員會（SCAR）發(fā)揮著重要作用。56個國家簽署了《南極條約》，承諾全面保護南極環(huán)境。“全面”一詞在這里很重要，因為它的潛臺詞是“涵蓋一切”，問題恰恰就出在這里。倘若南極與地球上其他地方相割裂，且其他地方發(fā)生的事情不會影響南極，那么可以說《南極條約》《關于環(huán)境保護的南極條約議定書》只適用于在南極開展的活動。如果是這樣，這些協(xié)議就沒有什么意義了。但南極與其他地方并不是割裂的，外界發(fā)生的事件會對南極產(chǎn)生影響。解釋協(xié)議的方式很重要，因為有人質疑，明明南緯60度以北地區(qū)的活動也會對南極的環(huán)境產(chǎn)生影響，關于南極的環(huán)境協(xié)議怎么能只適用于南緯60度以南的活動？因此，如果各國認真兌現(xiàn)保護南極的承諾，就必須將其視為全球層面的問題，必須看到溫室氣體對南極的直接影響。

 

　　《中國社會科學報》：在南極氣候科學領域，中外研究者之間的合作面臨哪些機遇與挑戰(zhàn)？

 

　　魏婷：自1980年起，全世界30多個國家已陸續(xù)在南極建立了超過200個人工和自動氣象觀測站。2024年2月7日，中國南極秦嶺站作為我國在南極建設的第5個科考站建成并投入使用。這就可以看出，南極是全球科學家競爭與合作的重要場所，各國科學家都在這里開展著各自的科學研究，涵蓋面十分廣泛，包括氣象觀測、海洋觀測、生態(tài)環(huán)境、礦產(chǎn)資源、海洋生物、天文學、生物多樣性等諸多領域。據(jù)我所知，中外研究者在南極的合作包括數(shù)據(jù)共享、聯(lián)合科學實驗，以及借助聯(lián)合項目開展南極冰蓋變化、南極氣候變化機理、南極碳庫等方面的研究合作。

 

　　南極研究科學委員會于2021年啟動了為期8年的“Ant-ICON計劃”，提出了包括預測氣候變化對南極各系統(tǒng)臨界點的影響與風險等關鍵問題在內(nèi)的研究主題，旨在通過科學研究和國際合作廣泛探索南極在地球系統(tǒng)中的作用及全球氣候變化對南極的影響。這對南極科學研究提出了新的合作機遇與挑戰(zhàn)。與美國、俄羅斯、澳大利亞等極地強國相比，我國的極地科技創(chuàng)新水平仍然存在差距，在加強極地科技頂層設計和規(guī)劃布局、提升極地科學研究能力方面任重道遠。

 

　　《中國社會科學報》：南極極端天氣事件如何凸顯2050年實現(xiàn)溫室氣體凈零排放的緊迫性？

 

　　西格特：南極起到為地球降溫的作用，如果我們不保護南極，將加速全球變暖，加劇氣候災難。此外，存儲在冰蓋中的冰一旦融化，就不再是漂浮和覆蓋在海面上的冰。南極洲龐大的冰量融入海洋后會導致全球海平面上升近60米。全球海平面上升1或2米將給沿海城市帶來嚴峻挑戰(zhàn)，對約10億人的生活構成影響，使民眾被迫搬遷。如果海平面在下個世紀內(nèi)上升1米或2米，將嚴重威脅人類文明。只要我們盡快將溫室氣體排放量降到凈零，這種情況就不會發(fā)生。否則，南極就會陷入危險境地。海平面上升將不再是厘米級別的問題，而是會以無法阻擋的方式增加，并延續(xù)數(shù)個世紀。如果不減少排放，我們將給未來幾個世紀的人類留下棘手的問題。

 

　　極地科考逐漸深化

 

　　《中國社會科學報》：科學研究在應對南極環(huán)境挑戰(zhàn)方面扮演什么作用？個人和國家可以采取哪些行動？

 

　　西格特：南極研究是特別的。此前，許多科學家受好奇心驅使，前往南極這片充滿冒險氣息和神秘感的凈土。而現(xiàn)在，南極研究多了一份新的意義，即其對整個世界的重要性?？茖W家努力尋求科研發(fā)現(xiàn)，但更重要的是，要將新發(fā)現(xiàn)告訴所有人，將其獨守于心中是無意義的。當然，除了與氣候變化問題緊密掛鉤以外，南極研究的另一重要之處在于，南極是地球上最應該被盡可能保持原始狀態(tài)而不被破壞的地方?？茖W家們已經(jīng)觀察到，南極發(fā)生的變化會波及世界上最偏遠的地區(qū)。他們必須告訴大眾，當前人類在地球上的生活方式正在傷害著地球的每個角落，其中也包括南極這個美麗的大陸。

 

　　《中國社會科學報》：在南極科學考察中，中國運用了哪些先進的技術與方法監(jiān)測和研究氣候變化的趨勢？

 

　　魏婷：極地環(huán)境惡劣、資料稀缺，獲得第一手的觀測數(shù)據(jù)是開展極地科學研究的前提。我工作的中國氣象科學研究院從1985年開始就持續(xù)參加歷次南北極科學考察，在極地資料稀缺區(qū)建設了超過25個觀測站，數(shù)量位列全球第二。其中位于南極的長城氣象站、中山氣象臺、泰山氣象站、昆侖氣象站和羅斯海氣象站成為國家基本業(yè)務站，是中國氣象局“全球觀測”戰(zhàn)略的重要組成部分，在世界氣象組織南極區(qū)域氣候中心的籌建中發(fā)揮了重要作用。此外，中國氣象科學研究院還積極開展南極大氣綜合觀測試驗，派員挺進南極內(nèi)陸冰蓋進行科學考察，在環(huán)境極其惡劣的南極內(nèi)陸地區(qū)成功安裝了無人站，在泰山站布設了自主研發(fā)的無人大氣環(huán)境觀測系統(tǒng)。

 

　　南極特殊的環(huán)境對我們的氣象觀測設備也提出了巨大的挑戰(zhàn)。為此，中國氣象科學研究院幾代科學家始終致力于極端環(huán)境監(jiān)測與探測技術研發(fā)。例如，中國氣象科學研究院自主研發(fā)的超低溫觀測系統(tǒng)，實現(xiàn)了南極低溫、大風等極端環(huán)境下的連續(xù)穩(wěn)定觀測。在極地數(shù)據(jù)產(chǎn)品研制方面，我們基于自主獲得的第一手觀測資料，開展數(shù)據(jù)質量控制，開發(fā)了像PANDA自動氣象站觀測網(wǎng)絡近地面氣象要素產(chǎn)品、南極冰蓋最高點Dome A區(qū)域氣溫遙感產(chǎn)品、南極長城站輻射遙感產(chǎn)品、南極極端指數(shù)產(chǎn)品等。此外，中國氣象科學研究院還長期開展南極極端事件研究。例如2019年，我們在國際上率先開展了南極極端天氣事件的研究，2022年南極爆發(fā)性增溫事件發(fā)生后，又第一時間開展了針對此次極端事件的過程和機理研究。

 

　　《中國社會科學報》：您在論文中探討過，由于冰架下冰腔的直接觀測條件有限，可采用數(shù)值海洋模型來進行研究。請簡要講解一下。

 

　　西格特：影響南極氣候變化的一個關鍵區(qū)域位于陸地冰蓋、海洋和從南極大陸流入海洋的巨大漂浮冰塊的交匯處。這是冰塊融化大部分時候的發(fā)生地點，并造成了冰蓋后退。融化發(fā)生在冰下，是由海洋熱量而不是大氣熱量導致的，通過衛(wèi)星觀測可以看到，冰面因融化而逐步下沉。

 

　　但是，我們難以觀測到冰架下的冰腔，即位于浮冰下的海洋洞穴。之所以困難，主要是因為這個區(qū)域通常距離公海海域數(shù)百公里，且其表面布滿了冰隙，很難靠近。在該地區(qū)進行任何工作都很困難，導致冰蓋系統(tǒng)中最重要的地方反而是南極研究最難以觸及且最缺乏了解的部分。因此，我們需要借助模型來理解冰腔底下的活動。我們一直使用的模型還不錯，但它們受到模型分辨率和海洋測深數(shù)據(jù)的限制。FIREDRAKE模型的作用是引入了一種更精確、分辨率更高的新的建模方式。該模型需要大量的計算時間，這是它的缺點。但在未來隨著計算能力的提升和改善，像FIREDRAKE這樣的模型的效果會更好。因此，我們可以預見在未來10—20年里，這種模型將有助于我們理解南極的復雜系統(tǒng)。