中國科學(xué)報(bào) 效存德 楊佼

7月中旬，南極海冰范圍出現(xiàn)45年來冬季最低值，較1981年至2010年氣候態(tài)平均值低260萬平方公里。這是南極海冰范圍自2016年以來連續(xù)7年持續(xù)走低、不斷探底的最新紀(jì)錄。

【資料圖】

自1979年衛(wèi)星觀測以來，南極海冰范圍變化并不明顯，甚至略呈上升趨勢(shì)，且具有很大的年際變率。2021年發(fā)布的聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第一工作組報(bào)告評(píng)估了南極海冰范圍變化：根據(jù)歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)的年代際走低趨勢(shì)，我們謹(jǐn)慎地認(rèn)為這一波低值仍在自然變率范圍內(nèi)，可能還屬于年代際振蕩。

IPCC報(bào)告發(fā)布已過數(shù)年，南極海冰范圍持續(xù)走低且幅度如此之大，又在全球變暖背景之下，因而引起更多關(guān)注。

相對(duì)于北冰洋周圍被大陸“鎖定”，南半球海冰北界是個(gè)開放系統(tǒng)，決定了南極海冰范圍變化受到復(fù)雜過程的影響，但目前的數(shù)值模式在南極表現(xiàn)不佳，很難重現(xiàn)觀測事實(shí)。

另外，南極海冰范圍未來走勢(shì)一直是大家關(guān)心的問題。IPCC預(yù)估在中高排放情景下，南極海冰范圍在21世紀(jì)中后期將明顯走低，但過去7年就已出現(xiàn)異常，實(shí)屬意料之外。這是否意味著南極海冰范圍持續(xù)走低進(jìn)入新常態(tài)，而且是人類活動(dòng)惹的禍？

針對(duì)這一問題，目前仍難以給出明確答案，因?yàn)檫€沒有足夠證據(jù)表明溫室效應(yīng)這個(gè)單一因素主導(dǎo)了南極海冰范圍變化。歸因的難點(diǎn)在于南極復(fù)雜的大氣-海洋-海冰正負(fù)反饋機(jī)制。一方面，南大洋是吸收大氣熱量的顯著區(qū)，通過翻轉(zhuǎn)流攜帶熱量下沉到海洋深處，延遲了海表對(duì)全球變暖的響應(yīng)；另一方面，云反饋等各類反饋機(jī)制、遞減率反饋、海冰帶北緣渦流變化、極端干燥的大氣造成水汽溫室效應(yīng)缺失，平流層臭氧也影響到對(duì)流層氣溫和風(fēng)力等。

值得注意的是，近7年來南極海冰范圍變小并非環(huán)南極均勻變小，西南極洲外圍的別林斯高晉海變化最為顯著。對(duì)于南極海冰范圍走低的原因，從區(qū)域大氣環(huán)流和大氣遙相關(guān)角度分析，共有4個(gè)因素：南半球環(huán)狀模/南極濤動(dòng)持續(xù)正位相；2020年至2022年連續(xù)3年發(fā)生拉尼娜事件；年代際太平洋濤動(dòng)處于負(fù)位相；大西洋多年代際濤動(dòng)處于正位相。這些因素導(dǎo)致阿蒙森低壓異常增強(qiáng)并南移，致使別林斯高晉海和南極半島東側(cè)海冰受向岸的熱平流影響而大幅減少。

從海洋因素分析，南大洋海表溫度異常增暖，在西風(fēng)帶加強(qiáng)和南移的共同影響下，埃克曼上升流增強(qiáng)，促進(jìn)次表層暖水向上輸送，進(jìn)而導(dǎo)致海冰融化。

此外是冰雪反照率效應(yīng)。春夏季海冰持續(xù)偏少使得南大洋吸收太陽短波輻射增加，進(jìn)一步阻礙秋季海冰的生成，南大洋增暖在阻礙冬季海冰增長中發(fā)揮越來越大的作用。

還有研究認(rèn)為，大氣河可以通過熱力學(xué)過程引起邊緣海冰區(qū)海冰的顯著減少，大氣河入侵帶來了溫暖、潮濕、多云的天氣，對(duì)冷季海冰融化有促進(jìn)作用，但在夏季影響有限。

海冰減少會(huì)造成一系列影響，這是毋庸置疑的。海-冰-氣相互作用的改變將通過改變大氣、海洋中的能量和物質(zhì)，產(chǎn)生顯著的區(qū)域影響和大尺度效應(yīng)。南大洋是吸收大氣二氧化碳的重要碳匯區(qū)，海冰退后南大洋洋面會(huì)直接暴露在大氣中，這會(huì)造成海洋酸化，進(jìn)而影響海洋浮游生物乃至食物鏈，長此以往會(huì)造成海洋生態(tài)危機(jī)。另外，喜寒的冰上動(dòng)物也會(huì)因溫度上升和失去海冰而命運(yùn)多舛。

當(dāng)前對(duì)南極海冰的研究仍然未能取得實(shí)質(zhì)性突破，有幾個(gè)重要原因。一是缺乏足夠的觀測數(shù)據(jù)，因而難以支撐對(duì)復(fù)雜過程和機(jī)制的理解；二是數(shù)值模式的性能差，各種模式在南極的模擬結(jié)果離散度大；三是變化的歸因研究尚有難度，難以分離自然與人類活動(dòng)因素，人類活動(dòng)信號(hào)尚未出現(xiàn)。

筆者認(rèn)為，目前雖然難以直接檢測到溫室氣體輻射強(qiáng)迫對(duì)南極海冰造成的影響，但南極海冰范圍變化受大氣環(huán)流異常和海洋異常的驅(qū)動(dòng)已十分明顯，而這些異常變化可能隱含了人類活動(dòng)因素。如果阿蒙森海低壓、西風(fēng)帶南移、大氣遙相關(guān)、海溫上升等這些“橋接”因素能證明南極氣候變化與人類活動(dòng)有內(nèi)在關(guān)聯(lián)，就意味著科學(xué)家不僅要關(guān)注溫度本身，更應(yīng)該盯緊環(huán)流調(diào)整。

如果南極尤其是西南極和南極半島地區(qū)持續(xù)變暖，將成為地球系統(tǒng)臨界成員的危險(xiǎn)一員，不但海冰范圍在變，部分泡在海水中的西南極冰蓋的不穩(wěn)定性也將增強(qiáng)。未來不排除會(huì)發(fā)生導(dǎo)致海平面大幅上升的“黑天鵝”事件，要警惕這些事件給人類社會(huì)造成深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。

（效存德系北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授；楊佼系中國科學(xué)院冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員）

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