北極海冰流失迫在眉睫——是什么造成了如此現(xiàn)狀？

北極冰川量到達今年最低值—— 2名美國宇航局的科學(xué)家解釋北極冰川整體減少的原因

2011年，正處在北極極晝的季節(jié)，科學(xué)家們乘坐美國海岸警衛(wèi)隊“海利號”向楚科奇海的南部航行，執(zhí)行由美國國家航空航天局發(fā)起的“冰逃”任務(wù)，該任務(wù)的目的是研究北極環(huán)境的變化會對周邊海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生什么樣的影響。

圖片來源：美國國家航空航天局/凱瑟琳·漢森

本文最初發(fā)表于《對話》。該出版物向Space.com的專家之聲——觀點與見解欄目提供了這篇文章。

亞力克·佩蒂，美國宇航局極地海冰變化研究副研究員

蕾妮特·布瓦雷爾，美國宇航局冰橋行動的海冰科學(xué)家和副項目科學(xué)家

9月標(biāo)志著北極夏季的結(jié)束，是北極冰停止融化轉(zhuǎn)而凝固的時節(jié)，北極海洋中的冰含量也會在此時到達全年的最低點。

對于想要跨越北極的船長而言，這無疑是最有利于他們航行的時機，尤其是最近幾年，自20世紀(jì)80年代開始，由于人類活動導(dǎo)致二氧化碳含量劇增，氣溫升高，海面的冰量越來越少，大約減少到了曾經(jīng)的一半，這為北極地區(qū)的航海提供了不少便利。

NASA的科學(xué)家研究了北極海面冰量變化的原因以及可能的后果。在2021年9月16日，北極海洋冰覆蓋面積達到了最低水平。盡管這不是有史以來最低記錄，但是回顧各年最低覆蓋面積的變化，我們還是發(fā)現(xiàn)北極冰的含量在氣候的變化下一直呈現(xiàn)降低的趨勢

北極正在變暖

根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會最新的氣候評估報告，近年來，北極海冰含量的年平均值達到了1850年以來的最低水平，而夏末時測量的海冰最低含量則達到至少1000年來的最低水平，由此專家得出結(jié)論，“在2050年之前，北極可能至少有一次在九月低夏末時節(jié)幾乎沒有海冰?！?/p>

北極海冰減少(黑線)以及五種情景下對未來的預(yù)測。

北極海冰減少(黑線)以及五種情景下對未來的預(yù)測。(圖片來源:NSIDC/Ed Hawkins)

隨著北極冰的融化，明亮的冰層被深色而開闊的海面所取代，由于深色吸收光的能力更強，于是從北極反射回太空的太陽輻射會更少，從而會導(dǎo)致北極地區(qū)吸收更多的熱量，使更多的冰流失，如此反復(fù)達到正反饋循環(huán)，使得北極變暖速度比整個地球要快三倍，當(dāng)然這只是北極迅速變暖的原因之一。

從2021年開始，北極海洋冰發(fā)生了什么?

一年中海洋冰量最小的時期是基于前一年氣候變化的。這一年，北極經(jīng)歷了異常的高壓系統(tǒng)和強勁的順時針風(fēng)，它將北極中部最厚、最古老的冰面吹到了阿拉斯加北部的波弗特海，這引起了海冰科學(xué)家的關(guān)注。

北冰洋的夏季，冰雪融化從5月開始，同時這個月也會有多個氣旋進入北極。這一方面增加了海冰流出的量，一方面氣旋也使北極附近溫度保持在相對較低的水平，從而一定程度上限制了海冰的融化。

而到了六月，海冰融化的范圍和速度都會顯著增加，因為此時低壓系統(tǒng)在北極占據(jù)主導(dǎo)地位，從而導(dǎo)致溫度也會比平均水平高出幾度

十年接著十年，北極海冰量越來越少，如圖，反映了自1979年衛(wèi)星影像覆蓋北極以來北極冰含量變化。1平方公里= 0.386平方英里。資料來源:國家冰雪數(shù)據(jù)中心

自1979年以來，衛(wèi)星影像范圍已經(jīng)覆蓋了北極。1平方公里= 0.386平方英里。(圖片來源:The Conversation, CC-BY-ND)

到7月初，此時海冰的含量已經(jīng)非常接近2012年的歷史低點，但下半月海冰量下降速度明顯放緩。從西伯利亞進入北極的氣旋產(chǎn)生了逆時針向的風(fēng)，從而導(dǎo)致了海冰的漂流。這種逆時針的海冰環(huán)流模式通常會減少北極地區(qū)通過格陵蘭島東部弗拉姆海峽移出的海冰數(shù)量。這可能是格陵蘭海觀測到創(chuàng)紀(jì)錄的夏季海冰狀況的原因。

這種冰環(huán)流模式也增加了從西伯利亞附近的拉普捷夫海流出的冰，從而使該地區(qū)的初夏的海冰含量創(chuàng)造了新的歷史最低點。低壓系統(tǒng)也增加了北極上空的云量。通常情況下，云層會阻擋太陽輻射，減少海冰融化，但同時它們也會捕獲從海冰表面流失的熱量，使之升溫，因此云層對海冰融化的影響可能是混雜的。

8月，海冰的減少速度明顯放緩，此時西伯利亞海岸普遍溫暖，但阿拉斯加北部氣溫較低。由于全球變暖，北海航線一直作為全球航運路線被俄羅斯推進發(fā)展，但2008年，這條航線第一次被冰雪堵塞導(dǎo)致停運，盡管破冰船支持的過境仍然是很有可能的。

在這個階段，海洋浮冰的融化與否極易受到某天或某周的天氣條件的影響，此時，即使微妙的變化也可以對海冰量產(chǎn)生巨大的影響。2007年和2012年的海冰減少量都創(chuàng)造了記錄，這就與夏末的反常天氣有關(guān)，“2012年的北極大氣旋”就是一個有趣的例子。

關(guān)于這些氣候因素對于海冰量的作用仍在爭論之中。然而，科學(xué)家們普遍認(rèn)為，這種特定的風(fēng)暴可能并沒有足以在那些年推動海冰量達到最低點那么大的作用——當(dāng)涉及到天氣和海冰時，事情從來沒有那么簡單。

北極海冰量在2021年9月16日達到了最低點

北極海冰在2021年9月16日達到了最低水平。(圖片來源:NASA地球天文臺/NSIDC)

9月16日，北極海冰達到了2021年的最低水平，為472萬平方公里(182萬平方英里)，是有史以來第12低的。

接下來的幾周，隨著日照時間的減少和氣溫的下降，北極海冰將開始重新凍結(jié)。當(dāng)周圍海洋表面溫度下降到冰點時，浮冰會將整個夏天吸收和儲存的熱量釋放出來，重新凍結(jié)，變厚并膨脹。

在這個季節(jié)后期，北極海冰會在哪里形成

在這個季節(jié)后期，北極海冰會在哪里形成。(圖片來源:約書亞·史蒂文斯/美國宇航局地球天

文臺)

近年來，海冰重新凍結(jié)的時間愈發(fā)后移，可能推遲到10月，甚至11月。而海洋在夏季獲得的熱量越多，在再次形成海冰之前也就需要失去更多的熱量。因此，有些極大的變暖信號實際上是在秋天觀測到的，盡管我們將所有的注意力都放在了夏季的冰流失上。

還有許多我們尚未了解清楚的事

對于那些生活和工作在北極高緯度地區(qū)的人們來說，了解當(dāng)?shù)啬骋惶旎蚰骋恢艿谋鶝r是十分重要的。而在這些分散度較高的冰面環(huán)境內(nèi)預(yù)測北極海冰冰況則十分有挑戰(zhàn)性

正如2021已證實的那樣，海冰是高度動態(tài)變化的——它會根據(jù)當(dāng)時的天氣模式進行移動和融化。想想我們所生活的地方，盡管有著對天氣系統(tǒng)很好觀測資料，天氣預(yù)報員想要準(zhǔn)確預(yù)測天氣都是一件很困難的事情。而相比之下，北極幾乎沒有直接的觀測資料，那么預(yù)測則更是難上加難。

一些天氣變化也可能在當(dāng)?shù)赜|發(fā)某種反饋循環(huán)。例如，反常的熱浪會引發(fā)冰融化和進一步變暖。風(fēng)和洋流也會將冰分解擴散到海洋中，使其更易融化。

海冰科學(xué)家正在努力研究，以試圖理解多種多樣的過程，從而改進我們的預(yù)測模型。在理解海冰減少謎題的邏輯架構(gòu)中，目前對冰的厚度的理解是其間尚未完善的關(guān)鍵。

因為厚度乘以面積等于體積。而對于海冰來說，自20世紀(jì)80年代以來，它的厚度的變化與面積一樣被認(rèn)為減少了一半，這意味著今天的北極浮冰總體積只有幾十年前的四分之一。對于那些希望在北冰洋航行的人來說，知道他們可能遇到的任何冰層的厚度是至關(guān)重要的。然而從太空中持續(xù)測量海冰厚度是很困難的，在當(dāng)下，像CESat-2這樣的新技術(shù)正在為此提供關(guān)鍵的突破。

盡管存在這些不確定因素，但目前看來，北極離夏季無冰狀態(tài)很可能已經(jīng)不遠了。好消息是，未來北極冰量的變化如何仍取決于當(dāng)下的排放量，而且仍然沒有證據(jù)表明地球已經(jīng)超過了海冰減少的臨界點，這意味著人類在決定北極海冰去留的問題上仍然掌握著很大程度上的主動權(quán)。

BY: Alek Petty

FY:冰陽

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