兩極海冰范圍又破歷史新低，是自然還是人為？
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撰文：劉小鷗
三月初，南、北極先后迎來了一年一度的“大事件”。衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，南北極分別在3月3日與7日迎來了海冰范圍的年度最小與最大值——2017年已是北極海冰連續(xù)第三年創(chuàng)下年度最大值的新低。與此同時，南極的年度最小值也“觸底”新紀錄。
衛(wèi)星監(jiān)測與海冰范圍
美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心（NSIDC）是科羅拉多大學與美國國家海洋大氣局（NOAA）等機構合作建立的數(shù)據(jù)信息中心，同時受NASA資助。NSIDC對兩極海冰連續(xù)的衛(wèi)星監(jiān)測可以追溯至1979年。除了海冰，它在各種極地與冰凍圈研究甚至大氣候研究中都扮演著重要角色（未來可能會深受特朗普削減氣候研究經(jīng)費之苦）。
NSIDC報道的通常是海冰范圍（sea ice extend），它與海冰面積（area）略有區(qū)別。每個海冰密集度大于15%的衛(wèi)星網(wǎng)格單元即認定為“有冰”，有冰的網(wǎng)格單元面積即為范圍。這種計算方法主要考慮到冰融季節(jié)中，衛(wèi)星傳感器對海面與表面有融水的海冰會有一定的判斷誤差。
圖1. 例如，有4個尺寸為25千米x25千米的網(wǎng)格單元，海冰密集度分別為100%、20%、10%與3%（其中兩個單元超過15%），則計算出的海冰范圍為2個網(wǎng)格單元，即1250平方千米。
“低開低走”的北極
與經(jīng)年累積下的冰川不同，海冰經(jīng)歷著季節(jié)性消長循環(huán)。北極海冰通常在3月至9月間融化，達到年度最小值后，隨著北半球秋冬季節(jié)的到來逐月增長，直到下一年3月左右達到年度最大值。南半球的節(jié)奏則恰好相反。
除了溫度這一重要因素，對于漂浮著的海冰來說，風向、氣旋及海浪等因素也都影響著冰的消長與分散等狀態(tài)，即總體的范圍變化。
對北極而言，2016至2017年的秋冬增長周期中，整個北冰洋區(qū)域溫度幾乎始終高于1981年起的30年平均值，其間還有極端熱浪來襲，都不利于海冰增長。加之2016年一整年海冰量總體偏低，在這種“低開低走”的局勢下，2017年1月與2月的月均范圍，均是有衛(wèi)星數(shù)據(jù)以來的歷史同期最低，也造成了連續(xù)第三年的年度最大范圍破紀錄的新低[1] 。
圖2. 1979-2017年2月月平均海冰范圍，北極海冰范圍呈明顯下降趨勢。（圖片來源：NSIDC）
同時，歐洲空間局克里塞特衛(wèi)星（CryoSat）的數(shù)據(jù)表明，今年冬天北極的海冰厚度略低于過去四年[2] 。相關模擬也認為，今年整個北極的海冰總體積要小于同期[3] 。
“發(fā)揮”不穩(wěn)定的南半球
相比于北極連續(xù)破紀錄不同，前幾年南極的海冰量相對不穩(wěn)定，但總體呈增長趨勢。2012-2014年甚至接連刷新了最高紀錄。而去年9月后，南極海冰范圍開始快速下跌，遠低于歷史同期。同年11月的月均范圍低于長期平均值5.7個標準差。由于西南極較高的溫度，阿蒙森海在2月幾乎無冰，全南極的海冰范圍也在3月3日創(chuàng)下歷史新低[1] 。
圖3. 過去幾年12月至4月南極海冰范圍變化，2016-2017年的周期海冰范圍遠低于歷史同期。（圖片來源：NSIDC）
自然還是人為？
數(shù)據(jù)能直觀地反映變化。但目前關于氣候變化的爭論，大多并不在于變暖這一事實，焦點或許更多地在變化究竟是自然的還是人為造成的。確實，人類尚未誕生之時，地球也曾出現(xiàn)過兩極無冰的極暖時期。因此近期的許多研究也將重點轉向區(qū)分自然與人為因素的影響。
海冰的變化可以分為兩個主要驅動因素：外部壓力（如溫室氣體排放）造成的長期冰損，與內(nèi)部氣候變率帶來的短期隨機變化[4] 。3月初，一項由華人科學家丁慶華主導的研究通過大量氣候與海洋模型發(fā)現(xiàn)，在北極，僅約三至五成的夏季海冰總體減少是由內(nèi)部變率導致的[5] 。去年的另一項研究也得出結論：夏季海冰消失與人為二氧化碳排放存在線性關系[6] 。
大量研究已經(jīng)表明，人類引起的氣候變暖確實導致了海冰減少。目前，科學家仍在繼續(xù)研究，力圖揭開人為因素對長期海冰消失的影響。
也已經(jīng)有學者對此充滿擔心——很可能在我們弄清一切之前，會有更多海域出現(xiàn)無冰情況，極地周圍的航道將變得更加開闊，人類可能開展更大規(guī)模的石油與天然氣的開采活動與其他經(jīng)濟活動。這也許會是一個糟糕的惡性循環(huán)[7]。
參考資料：
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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