作者:效存德 杨佼 来源:中国科学报 发布时间:2023/8/14 10:43:26
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南极海冰范围持续走低:是否进入新常态?

 

■效存德 杨佼

7月中旬,南极海冰范围出现45年来冬季最低值,较1981年至2010年气候态平均值低260万平方公里。这是南极海冰范围自2016年以来连续7年持续走低、不断探底的最新纪录。

自1979年卫星观测以来,南极海冰范围变化并不明显,甚至略呈上升趋势,且具有很大的年际变率。2021年发布的联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组报告评估了南极海冰范围变化:根据历史上曾经出现的年代际走低趋势,我们谨慎地认为这一波低值仍在自然变率范围内,可能还属于年代际振荡。

IPCC报告发布已过数年,南极海冰范围持续走低且幅度如此之大,又在全球变暖背景之下,因而引起更多关注。

相对于北冰洋周围被大陆“锁定”,南半球海冰北界是个开放系统,决定了南极海冰范围变化受到复杂过程的影响,但目前的数值模式在南极表现不佳,很难重现观测事实。

另外,南极海冰范围未来走势一直是大家关心的问题。IPCC预估在中高排放情景下,南极海冰范围在21世纪中后期将明显走低,但过去7年就已出现异常,实属意料之外。这是否意味着南极海冰范围持续走低进入新常态,而且是人类活动惹的祸?

针对这一问题,目前仍难以给出明确答案,因为还没有足够证据表明温室效应这个单一因素主导了南极海冰范围变化。归因的难点在于南极复杂的大气-海洋-海冰正负反馈机制。一方面,南大洋是吸收大气热量的显著区,通过翻转流携带热量下沉到海洋深处,延迟了海表对全球变暖的响应;另一方面,云反馈等各类反馈机制、递减率反馈、海冰带北缘涡流变化、极端干燥的大气造成水汽温室效应缺失,平流层臭氧也影响到对流层气温和风力等。

值得注意的是,近7年来南极海冰范围变小并非环南极均匀变小,西南极洲外围的别林斯高晋海变化最为显著。对于南极海冰范围走低的原因,从区域大气环流和大气遥相关角度分析,共有4个因素:南半球环状模/南极涛动持续正位相;2020年至2022年连续3年发生拉尼娜事件;年代际太平洋涛动处于负位相;大西洋多年代际涛动处于正位相。这些因素导致阿蒙森低压异常增强并南移,致使别林斯高晋海和南极半岛东侧海冰受向岸的热平流影响而大幅减少。

从海洋因素分析,南大洋海表温度异常增暖,在西风带加强和南移的共同影响下,埃克曼上升流增强,促进次表层暖水向上输送,进而导致海冰融化。

此外是冰雪反照率效应。春夏季海冰持续偏少使得南大洋吸收太阳短波辐射增加,进一步阻碍秋季海冰的生成,南大洋增暖在阻碍冬季海冰增长中发挥越来越大的作用。

还有研究认为,大气河可以通过热力学过程引起边缘海冰区海冰的显著减少,大气河入侵带来了温暖、潮湿、多云的天气,对冷季海冰融化有促进作用,但在夏季影响有限。

海冰减少会造成一系列影响,这是毋庸置疑的。海-冰-气相互作用的改变将通过改变大气、海洋中的能量和物质,产生显著的区域影响和大尺度效应。南大洋是吸收大气二氧化碳的重要碳汇区,海冰退后南大洋洋面会直接暴露在大气中,这会造成海洋酸化,进而影响海洋浮游生物乃至食物链,长此以往会造成海洋生态危机。另外,喜寒的冰上动物也会因温度上升和失去海冰而命运多舛。

当前对南极海冰的研究仍然未能取得实质性突破,有几个重要原因。一是缺乏足够的观测数据,因而难以支撑对复杂过程和机制的理解;二是数值模式的性能差,各种模式在南极的模拟结果离散度大;三是变化的归因研究尚有难度,难以分离自然与人类活动因素,人类活动信号尚未出现。

笔者认为,目前虽然难以直接检测到温室气体辐射强迫对南极海冰造成的影响,但南极海冰范围变化受大气环流异常和海洋异常的驱动已十分明显,而这些异常变化可能隐含了人类活动因素。如果阿蒙森海低压、西风带南移、大气遥相关、海温上升等这些“桥接”因素能证明南极气候变化与人类活动有内在关联,就意味着科学家不仅要关注温度本身,更应该盯紧环流调整。

如果南极尤其是西南极和南极半岛地区持续变暖,将成为地球系统临界成员的危险一员,不但海冰范围在变,部分泡在海水中的西南极冰盖的不稳定性也将增强。未来不排除会发生导致海平面大幅上升的“黑天鹅”事件,要警惕这些事件给人类社会造成深远的负面影响。

(效存德系北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室教授;杨佼系中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室副研究员)

 
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