全球极地冰盖融化状况：北极与南极对比分析

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北极熊躺在冰上|来源：pixabay.com

介绍

过去四十年来，北极升温速度比地球平均升温速度快2-4倍，引发北极海冰和陆冰快速融化，使北极航道日益成为公众议程的一部分。与北极相比，人们对南极的关注有限。事实上，南极的气候变化更为复杂。

与传统认知相反，自1979年开始卫星监测至2014年，南极海冰以每十年1%的速度增长。在2012年至2014年的三个9月里，美国国家航空航天局观测到了破纪录的海冰范围，这让一些人声称他们找到了反对气候变化的有力证据。南极洲的气温如何变化？南极海冰正在增加吗？极地生物将何去何从？

撰写者|贾以南

今年夏天，明星海象弗雷亚在挪威港口附近停留了近两个月，潜水吃牡蛎、爬上小船晒太阳、与人类玩耍。尽管挪威渔业局不断警告人们保持安全距离，但这种稀有可爱的哺乳动物仍然吸引了无数人的密切关注。无法控制围观人群的渔业部门认为，弗雷亚追逐皮划艇和游艇，与人近距离接触，造成潜在伤害的可能性很高，因此对弗雷亚实施了安乐死[1]。

图1 海象Freya在船上晒太阳|来源[2]

近两年，Freya出现在英国、德国、荷兰等多个国家。在她之前，还有另一只海象沃利，出现在英国很多地方[3]。芙蕾雅和沃利都是太平洋海象。它们通常只出现在距这里以北2000公里的北极圈内，以在冰雪覆盖的水域中捕捞蛤、鱼和虾为生。喜欢群居的太平洋海象捕猎后通常会爬上浮冰一起休息，然后随浮冰漂流到下一个地方捕猎。他们像这样离开家乡，独自南下，实属罕见。

虽然这两种海象跨越大洋出现在欧洲国家的具体原因尚不清楚，但近年来北极变暖和海冰急剧减少严重影响了太平洋海象种群[4]。据估计，自20 世纪70 年代禁止狩猎以来，挪威北部的太平洋海象数量已有所回升。然而，由于其居住地区海冰的加剧和消退，影响了食物的获取和后代的培育，自20世纪80年代以来，其数量减少了近10%。一半[5]。北极变暖导致的海冰减少，也迫使海象将生活重心从海冰转移到陆地上，在陆地周围寻找新的食物。这也可能会诱使芙蕾雅南下，最终进入人类的生活圈。 “年轻的年轻逝去”。

北极还有冰吗？

1971年至2019年，北极大气温度上升了3.1摄氏度，部分地区气温升幅甚至高达10.6摄氏度。这还导致北极降雪减少、海冰迅速萎缩、陆地冰融化、极端温暖事件和频繁发生的野火。结果[6]。例如，西伯利亚和阿拉斯加极端野火的发生频率都在增加。

极地冰分为大陆冰和海冰。陆地上的陆地冰包括冰盖和冰架，它们是由雪经过数千年缓慢冻结而形成的。冰盖厚度可接近4公里，冰盖融化将直接引发海平面上升。冰盖延伸出海岸，成为冰架或大陆边缘冰。冰架的一小部分漂浮在海面上，海面以下的部分可深至1公里。向海的更远处延伸的是海冰，它是由海水结冰形成的。在北极，海冰被外围陆地困住，但南极海冰则相反。秋冬季节，如果有强风从南极洲中心向外吹，海冰会继续向外扩散，公海将再次继续结冰。

随着气候变暖，北极陆地冰正在全面消失，格陵兰岛的冰盖减少得尤其迅速。格陵兰岛陆地冰的损失占北极冰总量的一半[7]。北极冰盖融化是当前海平面上升的主要原因。冰盖的消失也会使极地土地暴露在阳光下。原本被冰雪覆盖的表面可以反射阳光和热能，而失去覆盖的黑暗土地会吸收更多的热能，进一步融化更多的冰雪[8]。

图2 南极洲不同类型的冰|来源：http://glaciology.weebly.com/

过去四十年来，北极海冰的总面积和厚度都显着缩小。北极海冰覆盖面积平均每十年就会减少5万平方公里以上[10]；如果我们只看夏季，海冰减少得更快，平均每十年减少13% [11]。有些地区曾经有海冰。覆盖区域甚至完全不结冰[12]。海冰平均厚度也从1975年的3.59米下降到2012年的1.25米[13]。

纽约州立大学奥尔巴尼分校大气与环境科学系教授戴爱国告诉《知识分子》，“海水温度和气温的升高会直接导致海冰融化，进而导致海冰融化。” ，海冰融化将进一步加剧气温上升。这样的反馈机制将放大极地变暖效应，特别是在北极，自20世纪70年代以来，那里的海冰一直在迅速融化。这种快速的变化一方面是由于气候变化，另一方面，海冰的融化进一步加速了变暖。 ”

从另一个角度来看，对于一些地区来说，每年海冰存在的时间也在变短。联合国政府间气候变化专门委员会预测，从现在到2050年，北极地区将至少出现一个无冰夏季[14]。

图3 2022年格陵兰岛冰盖融化，颜色表示融化天数|来源[9]

随着海冰缩小，通过北极运输已成为广泛讨论的现实。目前北极有两条主要海上航线：西北航道，从欧洲经格陵兰岛到加拿大北极群岛再到阿拉斯加北海岸；东北航道从西欧经北冰洋经白令海峡至东亚。由于海冰大幅减少，各大洲之间的航运距离大大缩短。与传统水路苏伊士运河相比，北极航线因航行天数缩短，可节省40%的航程，每艘船可节省65万美元的燃油成本[15]。然而，随着气候变化，北极的极端天气也在增多，进而影响海冰的分布和航道的顺利通行。

此外，北极陆地蕴藏着丰富的矿产和油气资源，北冰洋孕育着渔业资源。气候变化使这些资源结冰。北冰洋变得更加繁忙，这也带来了更多的政治和法律讨论。如何公平地使用北极航道和资源，同时减少生态影响是越来越多地纳入国际政策议程的话题[16]。

如果北极海冰和冰盖融化得如此迅速，将对全球气候产生什么深远影响？中国气象科学院全球变化与极地研究所副所长丁明虎举了一个一万多年前的例子。从地质分析来看，地球的最后一个冰期来得非常突然，末次冰消期之后气温开始上升。而持续了1300多年的突然快速变冷也导致了猛犸象等大型动物的灭绝。一种假设是常见的彗星撞击地球理论。另一种推论是，由于当时地球急剧变暖，北极冰盖迅速融化，影响了北大西洋暖流的输送，最终引发了整个地球气候系统的崩溃。

丁明虎表示，整个北半球冰冻圈系统对于地球和人类都非常重要。北极地区是地球大气冷源之一，带动北半球大气乃至全球大气环流。如果气温上升超过阈值，后果不仅是我们最近几年频繁经历的极端天气，更有可能对全球生态系统产生不可挽回的影响。 2摄氏度的全球气候目标也是为了将变暖控制在一个阈值内，而不是引发更可怕的后果。

戴爱国还表示，“虽然从几百万年的地质尺度来看，地球经历过平均气温较高、根本没有冰期的时期，也经历过气温较低、海冰覆盖大部分海洋的时期，这也反映了地球自身的气候变化规律；但今天不同的是，几十年来如此剧烈的气温变化所带来的后果才是我们在讨论人类活动引起的气候变化时最需要关注的。”

图4 北极海冰融化时间越来越长|来源[17]

南极洲越来越热了吗？

北极变暖和海冰持续减少似乎已经不是什么新闻了，但南极的情况却大不相同。与北极海冰快速减少相反，南极海冰一度呈现缓慢增长趋势。 2012年、2013年、2014年秋冬三度刷新最高值新纪录[18]。当时，有人认为南极洲并未受到气候变化的影响。重大影响。

2月至3月是南极洲的夏季，沿海平均气温一般在0度左右[19]。今年2月，阿根廷南极半岛埃斯佩兰萨基地和巴西西摩岛分别记录了18.3摄氏度和20.75摄氏度的高温，这些记录也登上了新闻头条[20]。

但世界气象组织7月1日宣布，通过对监测仪器的检查、监测站历史记录分析以及综合当时的气象条件，仅承认阿根廷站18.3摄氏度的记录，而巴西站记录的20.75摄氏度被认为是无效的。世界气象组织认为，巴西站的高温是由于辐射屏蔽造成的温度计误差造成的，并不反映真实情况[21]。

此类“错误”在科研数据采集过程中并不少见，因此数据校准对于准确理解和分析非常重要，尤其是像南极洲这样地理环境特殊的地区，监测数据很容易因突发事件而出现“错误” 。在这些数据相对缺乏的领域建立长期监测对于帮助我们了解全球系统和进行趋势分析尤为重要。

尽管如此高温是复杂气象条件引发的偶发性极端事件[22]，但南极半岛北部是地球上变暖最快的地区之一，过去五十年这里的气温上升了近3摄氏度[23] 。作为一个从南极大陆延伸到南极圈外的狭长半岛，南极半岛中部有高耸的山脉将岛屿分为东西两半。复杂的地形和水文环境也使得南极半岛地区的气候监测和预测变得更加困难。

南极半岛自20 世纪50 年代以来迅速变暖，但自2000 年以来经历了一段变冷期[24]。近年来的研究表明，短暂的冷却期似乎已经结束[25]。过去二十年的降温并没有影响到南极半岛。回到1950年代之前的水平，南极半岛可能会继续变暖1-2摄氏度[26]。

图5 南极地图。南极大陆可分为三个主要部分。南极半岛位于西部。由于距离大陆较近，从阿根廷最南端乘船2天左右即可到达。这里是南极科考站聚集的区域。此外，西面的大陆称为西南极洲，以横贯南极山脉为界。大陆以东的2/3称为东南极洲，面积广阔。南极洲中心的南极点也在这一半内。东南极洲靠近大洋洲和印度洋，从澳大利亚开始。乘船到达冰区大约需要10天|资料来源：国家海洋和大气管理局

不仅南极半岛变暖迅速，西南极洲的趋势也非常相似，自1950年代以来平均气温上升了2.4摄氏度[27]。相比之下，东南极洲并未出现明显变暖，部分地区气温甚至有所下降[28]。

图6 1958年至2012年南极洲不同地区的气温变化。红色代表每十年气温上升0.4-0.6摄氏度，黄色代表气温在0.1-0.2摄氏度之间微幅上升，蓝色代表气温下降|资料来源：美国国家海洋和大气管理局

为什么南极洲西部比东部热那么多？丁明虎解释说，“南极东部陆地冰盖面积巨大，由于冰体的稳定器作用，越靠近中心温度越稳定。相比之下，南极西部和南极半岛更容易受到冰体影响。”但我们对南极洲东部的认识也在随着研究技术的进步和时间的推移而逐渐发生变化，以前的研究认为南极洲东部的温度是稳定的，但近年来，一些研究发现。研究人员还发现，东南极洲沿海地区甚至部分内陆地区正在变暖。”

“根据目前的科学依据，我们不能说南极洲东部没有受到气候变化的影响。我们只能推测，此前人类活动的影响还没有传导到南极洲东部内部。随着时间的推移，我们但由于南极内陆的环境非常极端，我们缺乏连续的大规模监测数据来进行系统分析。”丁明虎说道。

目前的气候研究大多采用气候模型推演来确定原因，大部分结论是：东西南极变暖的差异是由气候变化引起的自然差异造成的[29]。

如何理解“气候变化造成的自然差异”？澳大利亚南极气候与生态系统联合研究中心海冰遥感科学家Rob Massom向《知识分子》解释道，“由于气候-海水-海冰系统的复杂性，我们很难明确地说南极洲的哪个部分对人类活动的变暖负有直接责任。造成的。政府间气候变化专门委员会报告的明确结论是，人类活动导致了臭氧层的破坏和温室气体排放的增加。臭氧层的破坏会引起南半球环状模的增强，从而影响南极上空的气压、风向和温度。》（注：南环模，SAM，请记住SAM，非常重要，下面会多次出现）

图7 南环模态（SAM）主要描述了围绕南半球中高纬度地区（南纬40-50度，澳大利亚最南端塔斯马尼亚岛所在位置）的西风带的活动。图中带箭头的三条黑线就是SAM。一般位置如图所示。然而，南半球卫星会随着气候的变化而发生异常，整体向北或向南平移，影响包括澳大利亚和南极洲在内的南半球的气候。如当地降水量、气温等|来源[30]

中国科学院大气物理研究所研究员李希辰进一步解释说，“南极东西部气温上升的差异主要是由区域地理和气象环境的差异造成的。例如，南极洲西部阿蒙森海有一片气温较低的海域。气压环流中心，这个低压的东侧从低纬度吹来偏北风，带来暖空气，造成局部变暖；南风从西边吹来，将冷空气从极地中心带下来，造成区域变冷。 SAM 和大气环流的其他变化可能会加强这种南北风，再加上周围的环境。海水温度变化带来的叠加效应，导致不同地区的气温变化存在差异。”

“南极上空除了阿蒙森海低压外，还存在其他大小不一的气压中心，它们都不同程度地受到各种大范围大气环流的影响。全球气候变化会引起大气环流变化和低压变暖。由于这种影响和相互作用非常复杂，基于目前的科学基础，我们还很难准确量化人类活动或各种自然气候变率对南极气温变化的具体贡献。”说。

也就是说，虽然南极洲不同地区的气温变化与地理位置和内部变率有关，但人类生产生活排放的温室气体引起的气候变化却不同程度地影响着所有地区。

南极冰层增加了吗？

也许与普通人的认知相反，自1979 年开始卫星监测到2014 年，南极海冰以每十年1% 的速度增长[31]。 2012年至2014年的3个9月，NASA观测到破纪录的最大海冰范围[32]，这一度让一些人声称他们找到了否认气候变化的有力证据[33]。

南极海冰范围在冬季最大时平均可达1800万平方公里[34]，是南极大陆面积的1.5倍，与俄罗斯面积基本相当。 2014年，最大冬季面积达到2000万平方公里。 2014年以后，南极海冰面积逐年减少，尤其是夏季海冰面积，2017年创下最小记录。

尽管近年来海冰覆盖率一直徘徊在最小值，但南极海冰总量在波动中保持相对稳定，并未像北极海冰那样大规模下降[35]。在全球变暖的背景下，南极海冰的覆盖范围保持稳定，观测结果与大多数模拟结果不一致。这种现象被称为南极海冰悖论。

图8 自1979年开始卫星监测记录以来，历史海冰范围最大和最小记录均发生在近十年内：两次最大海冰范围记录分别为2013年和2014年，两次最小记录分别为2017年和2017年2018年夏天，南极夏季海冰面积再次达到最小值|图片来源[36]

南极海冰悖论目前还没有标准答案。现有模型无法准确描述南极海冰的变化，但主流观点包括以下几种：

1.强风促进海冰形成[37]。如前所述，在海冰形成期间，如果有强烈的近海风将冰向外吹，可以加速海冰的形成和扩散。由于温室气体增加和拉尼娜现象等因素，南半球环状模在过去三十年持续加强[38]，这可以帮助海冰扩散并降低东南极洲海面温度，从而增加总体海冰覆盖范围。

2、南极冰冻层的融化维持了海冰的相对稳定性[39]。与海冰不同，南极冰架经历了大规模的破裂和融化。一种理论认为，融化的冰水聚集在海面，起到天然隔热层的作用，使我们能够在南极洲看到相对稳定的海冰。覆盖。

3.当然，也有一种说法认为，近年来南极海冰的变化只是自然规律的起伏，没有统计意义[40]。

虽然南极海冰整体波动不大，但区域海冰变化却非常显着。例如，在前面提到的迅速变暖的西南极半岛，海冰覆盖率正在以每十年6-10%的速度下降[41]。不仅冰量减少，而且海冰的形成时间推迟，融化时间提前。因此一年中被冰覆盖的总时间也缩短了[42]。

一项研究发现，西南极半岛海冰比之前提前38天开始融化，形成时间晚了60天，这意味着该地区多了近三个月的无冰期[43]。南极洲西部的威德尔海也经历了数年的海冰减少。 2016年以来，海冰面积持续减少，与2013年相比，海冰面积减少了100万平方公里[44]。这些地区海冰的剧烈变化也可能进一步影响陆地冰的稳定性[45]。

海冰变化是大气环流、海流三维运动和局部小气候的综合结果。还需要考虑海水-大气-海冰的相互作用。也正是由于这种复杂性，再加上我们目前对南极海冰的了解。观测数据仍然有限，模型开发也不成熟，因此我们对南极海冰的未来仍有很多了解。戴爱国说，“虽然现在看来南极海冰没有太大变化，但气候模型预测，如果未来几十年南极气温上升，将会出现大量海冰流失。”

与海冰的趋势不同，南极陆冰正变得越来越不稳定。政府间气候变化专门委员会2021年8月第六次评估报告显示，如果全球气温上升2-3摄氏度，南极西部冰盖将全部消失。南极沿岸冰架崩塌也日趋严重。

澳大利亚塔斯马尼亚大学冰川动力学研究员赵晨表示，气候变暖对南极洲的影响是一个从量变到质变的过程。虽然现在变暖现象在南极半岛和西南极洲最为明显，但气温上升和海洋暖流的相互作用实际上对东部冰架产生了很大的影响，而且不仅仅是一个因素在起作用，还有更多因素在起作用。强大的连锁反应。本来，冰架崩解是一种时常发生的正常现象，就像人会老、病、死一样。这是冰架生命周期的一部分。然而，由于气候变暖，近来冰架融化崩解的现象越来越频繁。

李希辰分析道：“一些冰架和冰川的融化，是因为气温升高，导致冰面温度升高，这和我们一般知道的天气变暖冰融化的原理是一样的。但是部分融化是由于海水变暖，南极洲的地下水，即数百米甚至数千米深处的水，比上面的温度更高。水下冰架的融化，进而导致西南极洲著名的冰架崩塌，由于地下水变暖，松岛冰川和思韦茨冰川正在融化。”

图9 温暖的地下水加速冰川融化|来源[46]

极地生物将何去何从？

海冰作为动物的天然食堂、重要的保护基地和栖息地，对南极和北极的生态至关重要。其结构和覆盖持续时间的变化将对极地生态系统产生深远影响。

图10 北极生态系统示意图|资料来源：北极熊国际

在北极，海冰正在发生巨大变化，生态系统的结构和功能正在发生根本性变化。海冰减少意味着公海面积和持续时间增加，将直接影响海水中浮游植物的数量和类型。浮游植物是海水生态系统的基础，它们的变化会传导到整个极地海洋生态系统。广泛影响许多物种的分布和季节性。

海冰也是极地生物的重要栖息地。不仅是海冰顶部，海冰底部也是水生动物休息和逃生的地方。由于冰下世界在结冰过程中碰撞、波动，会形成许多丘陵和山谷。许多动物的幼年生活提供了生存空间和食物。

以南极生态系统中的关键物种——南极磷虾为例。磷虾从深海孵化并浮到水面。它们依靠海冰度过第一个冬天，在冰下觅食以躲避天敌，同时还要抵御冬季急速的水流。每年只有足够的磷虾资源。夏季磷虾成群出现，一次可达一百万只。它也是南极洲最大的渔业。目前，无论是捕捞面积还是南极磷虾的数量都受到严格管理，科学家们通过仔细的估算来确定每年在哪里可以捕获多少虾。

但如果海冰覆盖面积发生剧烈变化，也会影响磷虾种群的数量和分布，给未来的可持续管理带来更多的不确定性。比如，未来磷虾捕捞量会大幅减少吗？海冰缩小是否意味着磷虾捕捞区需要移近南极洲核心？这些问题都会随之而来。

图11 南极磷虾捕捞区及捕捞量|来源[47]

海冰的变化也会影响大型动物。例如，帝企鹅的脖子上有一条金色条纹，需要在海冰上孵化和抚养幼崽。海冰为雏鸟提供了一个安全的地方，它们的父母也会往返于被海冰覆盖的地方。在海面觅食时，如果海冰太小，容易破裂，可能会导致大量小企鹅落入海中淹死[48]，同时也会增加成年企鹅觅食的难度。寻找食物。

如果南极海冰按照目前的速度融化，到2050年，70%的帝企鹅种群可能会消失[49]。最近发表的一项研究提到，企鹅是一种进化非常缓慢的物种，这也意味着它们可能很难适应目前的全球变暖速度[50]。

另一个例子是北极熊。北极熊的拉丁名是“Ursus maritimus”，意思是海熊。北极熊妈妈需要在海冰上分娩，依靠海冰去深海地区捕猎海豹；海豹需要在海冰上休息、休息和抚养它们的孩子。后代在海冰下捕食鱼和虾；冰下的鱼虾在摄取海藻的同时需要躲避海冰缝隙中的捕食者。海冰的减少甚至消失意味着海豹没有栖息地，北极熊无法进入海豹居住的海域捕猎。它们需要长期忍受饥饿，甚至没有足够的脂肪储备来过冬[51]。

不仅有动植物，北极也是许多土著民族的家园，海冰的变化也会影响他们的传统狩猎。

环极因纽特人协会主席奥卡利克·伊吉西亚克在联合国演讲时表示，“北极是我们的家园，世界上仅存的狩猎文化群体屈指可数，环极因纽特人就是其中之一。”北极生态圈不仅为我们提供了食物，更是我们作为因纽特人的重要精神纽带。我们的孩子们可能再也见不到我们所谓的‘狩猎场’，也可能无法再跨越冰桥穿越陆地。” [64]

尽管自1850年代以来，极地地区的平均气温已经翻了一番，而且北极的无冰季节似乎并不遥远，但幸运的是，极地地区的冰况将在很大程度上取决于未来温室气体排放来控制全球变暖。在1.5-2摄氏度的范围内，我们仍然可以拯救极地生态系统[53]。

赵晨说，“我用模型模拟预测冰川变化，预测的尺度是几十年甚至上百年，在南极不可能亲自经历这样的变化。但当我在南极进行科学研究时，我感觉我周围的一切都太纯净了，这是我面前的企鹅和海豹生存的家园，我们每天所做的一些小事都会直接或间接地威胁到他们的生存。净土。”

参考文献：（上下滚动浏览）