北極海冰：氣候變化的關鍵指標和“放大器”

　　1、北極海冰范圍達到年內最小，創歷史第二小的記錄

　　2019年9月17日，北冰洋海冰范圍達到了2019年的最小值，約為415萬平方公里，比1980-2010年期間的氣候平均值（628萬平方公里）小約34%，偏離氣候態的幅度超過90%的百分位，這一數值僅比2012年數值大，是有現代觀測記錄以來海冰范圍第二小的年份。從今年年初開始，北極海冰范圍即逼近甚至超過歷史最小值，從8月中旬開始由于受海表面風向變化的影響，才止住快速減少的趨勢。

圖1. 2019年9月中旬，北極海冰范圍達到年內最小值，這是有現代觀測記錄以來海冰范圍第二小的歷史記錄，北極海冰范圍數據來自于美國國家冰雪數據中心（https://nsidc.org/data）。

　　一般而言，9月之后隨著秋冬季的到來和海溫的降低，北冰洋開始形成新的積冰，海冰范圍開始逐漸增加，沒有融化的部分積累成為多年積冰，一直到來年三月份海冰范圍達到最大，隨著春夏季的到來不斷融化，直到9月份達到最小值，從而形成北極海冰的年循環過程。盡管關于海冰的數據有長達1450年的代用資料（Kinnard et al., 2011； Vavrus et al., 2017），但是海冰的監測數據在1950s年以前總體偏少，自20世紀70年代末進入衛星時代之后，數據才真正豐富起來。

　　北極海冰范圍和面積大小不僅影響航海安全、北極周邊生態系統，而且是氣候變化中舉足輕重的成員，可以影響中低緯大氣環流，造成極端的天氣氣候事件（Overland et al., 2016）。海冰的反照率是海洋的5-6倍，其面積大小調制進入地球系統的入射太陽光的多少，通過冰雪-反照率的正反饋機制，對氣候變化起到“放大器”的作用。在全球變暖的過程中，北極地區的增暖幅度可達全球平均值的兩倍以上，被稱作“北極放大”現象（Serreze et al., 2009），這會加劇全球變暖和北極海冰的消融。事實上北極的海冰面積比上世紀70年代已經減少了40%，而總冰量則大幅度減少70%。

　　在持續全球變暖的影響下，北極地區可能會進入“無冰”狀態，具體含義為北冰洋的海冰面積小于100萬平方公里，剩余的冰雪將主要集中在加拿大北極群島區域。預測北極在具體哪一年進入“無冰”狀態有一定的難度，這主要是因為氣候系統內部變率和數值模式的不確定性影響，因此各個評估報告之間有一定的差距。2013年聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告預測的時間為約2050年。北極區域合作組織北極理事會（Arctic Council）專門設立北極監測與評估計劃，2017年發布了第二次《北極雪、水、冰、多年凍土的評估報告》，報告認為北極可能在21世紀30年代后期首次出現無冰夏季狀態。

　　2、《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》發布

　　2019年9月25日，IPCC在摩納哥召開的第51次會議上發布了第六次評估（AR6）的《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》（SROCC）（IPCC, 2019），報告評估了最新的關于海洋和冰凍圈的變化、影響和適應對策。報告由來自36個國家的104位頂級科學家執筆撰寫，引用了6981篇正式發表的論文，經過3輪來自全球80個國家的審稿人的審閱，提出總共31176條審稿意見，體現了目前科學界對于海洋和冰雪圈的最新認識。

　　報告指出全球海洋和冰凍圈變化加速，在有衛星觀測的1979-2018年期間，北極9月份海冰范圍以每10年12.8±2.3%的速度快速減少，目前的海冰范圍是至少1000年里的最小數值。北極海冰在持續變薄，1979-2018年期間，5年以上的厚冰的面積減少了約90%。全球冰凍圈都在大幅度融化和萎縮，2006-2015年，格陵蘭冰蓋平均每年減少質量2780±110億噸，南極冰蓋平均每年減少質量1550±190億噸。高緯度凍土溫度升至有觀測記錄以來的最高值，從2007年到2016年，極地和山區的凍土區域平均溫度增加了0.29±0.12°C。報告預測，如果可以將2100年全球增溫控制在2°C之內，極區多年凍土大概有1/4消融，而如果持續高排放，則70%的多年凍土都會消融，這會威脅到凍土中約1.44-1.6萬億噸有機碳的安全，凍土和冰川消融，也會威脅到高山斜坡的穩定性。

　　報告指出全球海洋加速增暖，海洋吸收了氣候系統額外增加熱量的90%。在969-1993年期間，海洋深度0-700米和700-2000米增溫速度分別為每年3.22±1.61 ZJ（1ZJ=1.0×1021焦）和0.97±0.64 ZJ；在1993-2017年期間，這兩個數值已經升至6.28±0.48 ZJ和3.86±2.09 ZJ。這項結果采用了中國科學院大氣物理研究所的全球海溫歷史變化的最新估計，訂正了觀測儀器的系統性偏差和采樣偏差。

　　整個20世紀，全球海平面升高約15厘米，最近幾十年全球海洋變暖加速、冰蓋和陸地冰川的加速消融，引起了全球海表面加速上升，2006-2015年全球海表面增速為每年3.6mm，幾乎是1901-1990年平均數值（1.4mm）的2.5倍。新報告預估的未來海平面變化比原來的數值更高，這是因為舊的數值模型里雖然包括冰蓋和冰川融化的影響，但大都沒有考慮冰蓋的動力過程，而近些年，越來越多的新數值模型和統計方法在一定程度上考慮到了冰蓋動力過程的影響，使得對未來海平面的預估更高。根據SROCC報告，在低排放的RCP2.6情形下，預估2100年全球平均海平面比1986-2005年的平均值上升0.43米（可能范圍0.29~0.59米），而在高排放的RCP8.5情形下，預估2100年的全球平均海平面上升為0.84米（可能范圍0.61~1.10米），這些數值都比IPCC第五次評估報告的數值向上修正。

　　預估較長時間（2100年以后）的海冰與海平面高度變化情況存在較大的不確定性，主要源自排放情景、兩極冰雪的反饋機制等的不確定，海冰、格陵蘭島和南極大陸冰蓋、海平面等對全球溫度升高的響應時間尺度存在差異，且各個數值模式的模擬結果存在較大的差別，尤其是隨著時間延長，溫室氣體的排放情景會主導預估的結果。另外，盡管模式預估的趨勢明確，但是具體變化情況還有不確定的部分，特別是對冰蓋和冰川變化是否存在非線性的“突變點”或“臨界點”（tipping point，即跨過某一個閾值后海洋和冰凍圈急劇變化進入另一個新的不可逆的氣候狀態），以及一些“臨界點”將何時達到，還需要進一步的深入研究和持續評估。

　　作為全球氣候變化的指標和“放大器”，全球冰凍圈的健康和穩定是氣候系統穩定的基石，其快速的消融必然會深遠地影響高寒地區的生態系統、海岸線穩定與人居環境，也進一步調制全球的天氣和氣候系統，影響極端事件的強度和頻次。據此，制定合理的政策和措施，進行長期的減排和短期的氣候變化適應，才是應對氣候變化的影響和風險的應有之意。