南極海冰范圍持續走低：是否進入新常態？

來源：今日科學時間：2023-08-14 14:04:07

中國科學報效存德楊佼

7月中旬，南極海冰范圍出現45年來冬季最低值，較1981年至2010年氣候態平均值低260萬平方公里。這是南極海冰范圍自2016年以來連續7年持續走低、不斷探底的最新紀錄。

【資料圖】

自1979年衛星觀測以來，南極海冰范圍變化并不明顯，甚至略呈上升趨勢，且具有很大的年際變率。2021年發布的聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第一工作組報告評估了南極海冰范圍變化：根據歷史上曾經出現的年代際走低趨勢，我們謹慎地認為這一波低值仍在自然變率范圍內，可能還屬于年代際振蕩。

IPCC報告發布已過數年，南極海冰范圍持續走低且幅度如此之大，又在全球變暖背景之下，因而引起更多關注。

相對于北冰洋周圍被大陸“鎖定”，南半球海冰北界是個開放系統，決定了南極海冰范圍變化受到復雜過程的影響，但目前的數值模式在南極表現不佳，很難重現觀測事實。

另外，南極海冰范圍未來走勢一直是大家關心的問題。IPCC預估在中高排放情景下，南極海冰范圍在21世紀中后期將明顯走低，但過去7年就已出現異常，實屬意料之外。這是否意味著南極海冰范圍持續走低進入新常態，而且是人類活動惹的禍？

針對這一問題，目前仍難以給出明確答案，因為還沒有足夠證據表明溫室效應這個單一因素主導了南極海冰范圍變化。歸因的難點在于南極復雜的大氣-海洋-海冰正負反饋機制。一方面，南大洋是吸收大氣熱量的顯著區，通過翻轉流攜帶熱量下沉到海洋深處，延遲了海表對全球變暖的響應；另一方面，云反饋等各類反饋機制、遞減率反饋、海冰帶北緣渦流變化、極端干燥的大氣造成水汽溫室效應缺失，平流層臭氧也影響到對流層氣溫和風力等。

值得注意的是，近7年來南極海冰范圍變小并非環南極均勻變小，西南極洲外圍的別林斯高晉海變化最為顯著。對于南極海冰范圍走低的原因，從區域大氣環流和大氣遙相關角度分析，共有4個因素：南半球環狀模/南極濤動持續正位相；2020年至2022年連續3年發生拉尼娜事件；年代際太平洋濤動處于負位相；大西洋多年代際濤動處于正位相。這些因素導致阿蒙森低壓異常增強并南移，致使別林斯高晉海和南極半島東側海冰受向岸的熱平流影響而大幅減少。

從海洋因素分析，南大洋海表溫度異常增暖，在西風帶加強和南移的共同影響下，埃克曼上升流增強，促進次表層暖水向上輸送，進而導致海冰融化。

此外是冰雪反照率效應。春夏季海冰持續偏少使得南大洋吸收太陽短波輻射增加，進一步阻礙秋季海冰的生成，南大洋增暖在阻礙冬季海冰增長中發揮越來越大的作用。

還有研究認為，大氣河可以通過熱力學過程引起邊緣海冰區海冰的顯著減少，大氣河入侵帶來了溫暖、潮濕、多云的天氣，對冷季海冰融化有促進作用，但在夏季影響有限。

海冰減少會造成一系列影響，這是毋庸置疑的。海-冰-氣相互作用的改變將通過改變大氣、海洋中的能量和物質，產生顯著的區域影響和大尺度效應。南大洋是吸收大氣二氧化碳的重要碳匯區，海冰退后南大洋洋面會直接暴露在大氣中，這會造成海洋酸化，進而影響海洋浮游生物乃至食物鏈，長此以往會造成海洋生態危機。另外，喜寒的冰上動物也會因溫度上升和失去海冰而命運多舛。

當前對南極海冰的研究仍然未能取得實質性突破，有幾個重要原因。一是缺乏足夠的觀測數據，因而難以支撐對復雜過程和機制的理解；二是數值模式的性能差，各種模式在南極的模擬結果離散度大；三是變化的歸因研究尚有難度，難以分離自然與人類活動因素，人類活動信號尚未出現。

筆者認為，目前雖然難以直接檢測到溫室氣體輻射強迫對南極海冰造成的影響，但南極海冰范圍變化受大氣環流異常和海洋異常的驅動已十分明顯，而這些異常變化可能隱含了人類活動因素。如果阿蒙森海低壓、西風帶南移、大氣遙相關、海溫上升等這些“橋接”因素能證明南極氣候變化與人類活動有內在關聯，就意味著科學家不僅要關注溫度本身，更應該盯緊環流調整。

如果南極尤其是西南極和南極半島地區持續變暖，將成為地球系統臨界成員的危險一員，不但海冰范圍在變，部分泡在海水中的西南極冰蓋的不穩定性也將增強。未來不排除會發生導致海平面大幅上升的“黑天鵝”事件，要警惕這些事件給人類社會造成深遠的負面影響。

（效存德系北京師范大學地表過程與資源生態國家重點實驗室教授；楊佼系中國科學院冰凍圈科學國家重點實驗室副研究員）

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