北极海冰：气候变化的关键指标和“放大器”

　　1、北极海冰范围达到年内最小，创历史第二小的记录

　　2019年9月17日，北冰洋海冰范围达到了2019年的最小值，约为415万平方公里，比1980-2010年期间的气候平均值（628万平方公里）小约34%，偏离气候态的幅度超过90%的百分位，这一数值仅比2012年数值大，是有现代观测记录以来海冰范围第二小的年份。从今年年初开始，北极海冰范围即逼近甚至超过历史最小值，从8月中旬开始由于受海表面风向变化的影响，才止住快速减少的趋势。

图1. 2019年9月中旬，北极海冰范围达到年内最小值，这是有现代观测记录以来海冰范围第二小的历史记录，北极海冰范围数据来自于美国国家冰雪数据中心（https://nsidc.org/data）。

　　一般而言，9月之后随着秋冬季的到来和海温的降低，北冰洋开始形成新的积冰，海冰范围开始逐渐增加，没有融化的部分积累成为多年积冰，一直到来年三月份海冰范围达到最大，随着春夏季的到来不断融化，直到9月份达到最小值，从而形成北极海冰的年循环过程。尽管关于海冰的数据有长达1450年的代用资料（Kinnard et al., 2011； Vavrus et al., 2017），但是海冰的监测数据在1950s年以前总体偏少，自20世纪70年代末进入卫星时代之后，数据才真正丰富起来。

　　北极海冰范围和面积大小不仅影响航海安全、北极周边生态系统，而且是气候变化中举足轻重的成员，可以影响中低纬大气环流，造成极端的天气气候事件（Overland et al., 2016）。海冰的反照率是海洋的5-6倍，其面积大小调制进入地球系统的入射太阳光的多少，通过冰雪-反照率的正反馈机制，对气候变化起到“放大器”的作用。在全球变暖的过程中，北极地区的增暖幅度可达全球平均值的两倍以上，被称作“北极放大”现象（Serreze et al., 2009），这会加剧全球变暖和北极海冰的消融。事实上北极的海冰面积比上世纪70年代已经减少了40%，而总冰量则大幅度减少70%。

　　在持续全球变暖的影响下，北极地区可能会进入“无冰”状态，具体含义为北冰洋的海冰面积小于100万平方公里，剩余的冰雪将主要集中在加拿大北极群岛区域。预测北极在具体哪一年进入“无冰”状态有一定的难度，这主要是因为气候系统内部变率和数值模式的不确定性影响，因此各个评估报告之间有一定的差距。2013年联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告预测的时间为约2050年。北极区域合作组织北极理事会（Arctic Council）专门设立北极监测与评估计划，2017年发布了第二次《北极雪、水、冰、多年冻土的评估报告》，报告认为北极可能在21世纪30年代后期首次出现无冰夏季状态。

　　2、《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》发布

　　2019年9月25日，IPCC在摩纳哥召开的第51次会议上发布了第六次评估（AR6）的《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》（SROCC）（IPCC, 2019），报告评估了最新的关于海洋和冰冻圈的变化、影响和适应对策。报告由来自36个国家的104位顶级科学家执笔撰写，引用了6981篇正式发表的论文，经过3轮来自全球80个国家的审稿人的审阅，提出总共31176条审稿意见，体现了目前科学界对于海洋和冰雪圈的最新认识。

　　报告指出全球海洋和冰冻圈变化加速，在有卫星观测的1979-2018年期间，北极9月份海冰范围以每10年12.8±2.3%的速度快速减少，目前的海冰范围是至少1000年里的最小数值。北极海冰在持续变薄，1979-2018年期间，5年以上的厚冰的面积减少了约90%。全球冰冻圈都在大幅度融化和萎缩，2006-2015年，格陵兰冰盖平均每年减少质量2780±110亿吨，南极冰盖平均每年减少质量1550±190亿吨。高纬度冻土温度升至有观测记录以来的最高值，从2007年到2016年，极地和山区的冻土区域平均温度增加了0.29±0.12°C。报告预测，如果可以将2100年全球增温控制在2°C之内，极区多年冻土大概有1/4消融，而如果持续高排放，则70%的多年冻土都会消融，这会威胁到冻土中约1.44-1.6万亿吨有机碳的安全，冻土和冰川消融，也会威胁到高山斜坡的稳定性。

　　报告指出全球海洋加速增暖，海洋吸收了气候系统额外增加热量的90%。在969-1993年期间，海洋深度0-700米和700-2000米增温速度分别为每年3.22±1.61 ZJ（1ZJ=1.0×1021焦）和0.97±0.64 ZJ；在1993-2017年期间，这两个数值已经升至6.28±0.48 ZJ和3.86±2.09 ZJ。这项结果采用了中国科学院大气物理研究所的全球海温历史变化的最新估计，订正了观测仪器的系统性偏差和采样偏差。

　　整个20世纪，全球海平面升高约15厘米，最近几十年全球海洋变暖加速、冰盖和陆地冰川的加速消融，引起了全球海表面加速上升，2006-2015年全球海表面增速为每年3.6mm，几乎是1901-1990年平均数值（1.4mm）的2.5倍。新报告预估的未来海平面变化比原来的数值更高，这是因为旧的数值模型里虽然包括冰盖和冰川融化的影响，但大都没有考虑冰盖的动力过程，而近些年，越来越多的新数值模型和统计方法在一定程度上考虑到了冰盖动力过程的影响，使得对未来海平面的预估更高。根据SROCC报告，在低排放的RCP2.6情形下，预估2100年全球平均海平面比1986-2005年的平均值上升0.43米（可能范围0.29~0.59米），而在高排放的RCP8.5情形下，预估2100年的全球平均海平面上升为0.84米（可能范围0.61~1.10米），这些数值都比IPCC第五次评估报告的数值向上修正。

　　预估较长时间（2100年以后）的海冰与海平面高度变化情况存在较大的不确定性，主要源自排放情景、两极冰雪的反馈机制等的不确定，海冰、格陵兰岛和南极大陆冰盖、海平面等对全球温度升高的响应时间尺度存在差异，且各个数值模式的模拟结果存在较大的差别，尤其是随着时间延长，温室气体的排放情景会主导预估的结果。另外，尽管模式预估的趋势明确，但是具体变化情况还有不确定的部分，特别是对冰盖和冰川变化是否存在非线性的“突变点”或“临界点”（tipping point，即跨过某一个阈值后海洋和冰冻圈急剧变化进入另一个新的不可逆的气候状态），以及一些“临界点”将何时达到，还需要进一步的深入研究和持续评估。

　　作为全球气候变化的指标和“放大器”，全球冰冻圈的健康和稳定是气候系统稳定的基石，其快速的消融必然会深远地影响高寒地区的生态系统、海岸线稳定与人居环境，也进一步调制全球的天气和气候系统，影响极端事件的强度和频次。据此，制定合理的政策和措施，进行长期的减排和短期的气候变化适应，才是应对气候变化的影响和风险的应有之意。