两极海冰范围又破历史新低,是自然还是人为?
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撰文:刘小鸥
三月初,南、北极先后迎来了一年一度的“大事件”。卫星数据显示,南北极分别在3月3日与7日迎来了海冰范围的年度最小与最大值——2017年已是北极海冰连续第三年创下年度最大值的新低。与此同时,南极的年度最小值也“触底”新纪录。
卫星监测与海冰范围
美国国家冰雪数据中心(nsidc)是科罗拉多大学与美国国家海洋大气局(noaa)等机构合作建立的数据信息中心,同时受nasa资助。nsidc对两极海冰连续的卫星监测可以追溯至1979年。除了海冰,它在各种极地与冰冻圈研究甚至大气候研究中都扮演着重要角色(未来可能会深受特朗普削减气候研究经费之苦)。
nsidc报道的通常是海冰范围(sea ice extend),它与海冰面积(area)略有区别。每个海冰密集度大于15%的卫星网格单元即认定为“有冰”,有冰的网格单元面积即为范围。这种计算方法主要考虑到冰融季节中,卫星传感器对海面与表面有融水的海冰会有一定的判断误差。
图1. 例如,有4个尺寸为25千米x25千米的网格单元,海冰密集度分别为100%、20%、10%与3%(其中两个单元超过15%),则计算出的海冰范围为2个网格单元,即1250平方千米。
“低开低走”的北极
与经年累积下的冰川不同,海冰经历着季节性消长循环。北极海冰通常在3月至9月间融化,达到年度最小值后,随着北半球秋冬季节的到来逐月增长,直到下一年3月左右达到年度最大值。南半球的节奏则恰好相反。
除了温度这一重要因素,对于漂浮着的海冰来说,风向、气旋及海浪等因素也都影响着冰的消长与分散等状态,即总体的范围变化。
对北极而言,2016至2017年的秋冬增长周期中,整个北冰洋区域温度几乎始终高于1981年起的30年平均值,其间还有极端热浪来袭,都不利于海冰增长。加之2016年一整年海冰量总体偏低,在这种“低开低走”的局势下,2017年1月与2月的月均范围,均是有卫星数据以来的历史同期最低,也造成了连续第三年的年度最大范围破纪录的新低[1] 。
图2. 1979-2017年2月月平均海冰范围,北极海冰范围呈明显下降趋势。(图片来源:nsidc)
同时,欧洲空间局克里塞特卫星(cryosat)的数据表明,今年冬天北极的海冰厚度略低于过去四年[2] 。相关模拟也认为,今年整个北极的海冰总体积要小于同期[3] 。
“发挥”不稳定的南半球
相比于北极连续破纪录不同,前几年南极的海冰量相对不稳定,但总体呈增长趋势。2012-2014年甚至接连刷新了最高纪录。而去年9月后,南极海冰范围开始快速下跌,远低于历史同期。同年11月的月均范围低于长期平均值5.7个标准差。由于西南极较高的温度,阿蒙森海在2月几乎无冰,全南极的海冰范围也在3月3日创下历史新低[1] 。
图3. 过去几年12月至4月南极海冰范围变化,2016-2017年的周期海冰范围远低于历史同期。(图片来源:nsidc)
自然还是人为?
数据能直观地反映变化。但目前关于气候变化的争论,大多并不在于变暖这一事实,焦点或许更多地在变化究竟是自然的还是人为造成的。确实,人类尚未诞生之时,地球也曾出现过两极无冰的极暖时期。因此近期的许多研究也将重点转向区分自然与人为因素的影响。
海冰的变化可以分为两个主要驱动因素:外部压力(如温室气体排放)造成的长期冰损,与内部气候变率带来的短期随机变化[4] 。3月初,一项由华人科学家丁庆华主导的研究通过大量气候与海洋模型发现,在北极,仅约三至五成的夏季海冰总体减少是由内部变率导致的[5] 。去年的另一项研究也得出结论:夏季海冰消失与人为二氧化碳排放存在线性关系[6] 。
大量研究已经表明,人类引起的气候变暖确实导致了海冰减少。目前,科学家仍在继续研究,力图揭开人为因素对长期海冰消失的影响。
也已经有学者对此充满担心——很可能在我们弄清一切之前,会有更多海域出现无冰情况,极地周围的航道将变得更加开阔,人类可能开展更大规模的石油与天然气的开采活动与其他经济活动。这也许会是一个糟糕的恶性循环[7]。
参考资料:
1. vizcarra, n. (2017), ‘arctic sea ice maximum at record low for third straight year’, nsidc analysis;
2. cpom (2017), sea ice volume and thickness, european space centre;
3. piomas (2017), ‘piomas arctic sea ice volume reanalysis’, polar science centre at university of washington;
4. swart, n. (2017), ‘natural causes of arctic sea-ice loss’, nature climate change;
5. ding, q. et al. (2017), ‘influence of high-latitude atmospheric circulation changes on summertime arctic sea ice’, nature climate change;
6. notz, d. & stroeve, j. (2016), ‘observed arctic sea-ice loss directly follows anthropogenic co2 emission’, science;
7. borenstein, s. (2017), ‘arctic sea ice dips to record low for winter’, phys.org.
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