南極冰雪圈的氣候變化故事

葉謙，博士，北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室教授，曾任中國氣象科學(xué)研究院兼職研究員，中國氣象局華風(fēng)影視集團高級顧問，世界氣象組織北京2008年奧運會預(yù)報演示項目社會經(jīng)濟影響評價課題首席科學(xué)家。現(xiàn)任國際全球環(huán)境變化人文影響中國委員會（CNC-IHDP）副秘書長、國際全球環(huán)境變化人文影響計劃（1HDP）主任特別顧問，IHDP核心計劃綜合風(fēng)險防范計劃執(zhí)行主任。研究領(lǐng)域包括：衛(wèi)星氣候?qū)W，氣候變化的社會經(jīng)濟影響及全球變化等。

雖然冰與雪作為水的固態(tài)形式，是地球水圈的組成部分。但是，由于冰雪在氣候和生態(tài)環(huán)境中的獨特作用，科學(xué)上特別將它們單列出來，與凍土一起，稱之為冰凍圈。冰凍圈主要包括大陸冰原、高山冰川、海冰、季節(jié)性雪蓋和凍土5個部分。我們知道，地球表面不同地區(qū)的溫度是在水的冰點上下變化，因此，冰凍圈的面積也隨溫度的變化而變化。

南極洲總面積約1400萬平方千米，占世界陸地面積的十分之一。作為唯一一個幾乎完全被冰雪覆蓋的大陸，它蘊藏著地球表面72%的淡水和全球90%的冰雪。據(jù)科學(xué)家測量計算，南極大陸冰蓋的總體積超過2 800萬立方千米，平均厚度達2000米。如果這些冰雪全部融化，全球洋面將升高60米，地球上的陸地面積會因此縮小2000萬平方千米，相當(dāng)于中美兩國陸地面積總和還多。

也正是由于南極洲對氣候變化的敏感性，以及它所可能產(chǎn)生的氣候效應(yīng)，使得科學(xué)界對南極冰雪圈與全球氣候系統(tǒng)的相互作用關(guān)系極為關(guān)注。同時，隨著技術(shù)的不斷進步，對南極資源狀況了解的深入，如何分配和利用南極洲豐富的自然資源，成為包括中國在內(nèi)的許多國家和地區(qū)政府所高度關(guān)注。南極洲所發(fā)生的變化，尤其是有關(guān)南極冰架近年來快速崩裂的新聞報道最為吸引大眾眼球。

南極大陸常年被冰雪覆蓋。這頂巨大的“冰帽”，在自身重力的作用下，會以每年1～30米的速度，從內(nèi)陸高原向四面沿海地區(qū)滑動，形成了數(shù)千條冰川。這些冰川人海處會形成面積廣闊的大冰舌，科學(xué)家將其稱之為冰架，也就是大陸冰蓋向海洋中延伸的部分（圖2）。在南極長達2.4萬千米的海岸線就有大約7 500千米被終年不化的冰架所占據(jù)。

正常情況下，在上游冰川不斷往下移動的擠壓下，冰架會向外海方向推進。在這個過程中，冰架會由于表面和底部融化導(dǎo)致冰架變薄，而海水表面溫度升高也會導(dǎo)致前緣形態(tài)變化，最終會發(fā)生崩裂。落下的冰架形成冰山，漂浮直至消融在南大洋中。據(jù)統(tǒng)計，每年都有數(shù)萬個冰山從冰架上分裂出來，這些平均重10萬噸的冰山總數(shù)超過21萬座。冰山的融水作為大洋底部深層水體的主要來源，其冷卻作用通過這些冰冷的水體在大洋深層的流動影響到熱帶和北半球溫帶地區(qū)的海水溫度，進而極大地左右著大氣環(huán)流運動。

然而，近年來所觀測到南極半島最大的冰架，也是世界第4大冰架——拉森C冰架的崩裂事件卻不是發(fā)生在邊緣，而是從冰架的內(nèi)部開始（圖3）。衛(wèi)星觀測顯示，拉森C冰架上出現(xiàn)了巨大的裂縫，目前的寬度已達1 000米左右，而長度更是超過160千米。當(dāng)這個裂縫最終達到冰架的邊緣時，就會發(fā)生斷裂，進而有可能導(dǎo)致整個冰架從南極冰蓋上脫離。讓科學(xué)家們更為擔(dān)心的是，當(dāng)冰架完全脫離后，是否會發(fā)生原本在大陸上緩慢穩(wěn)定推進的冰川由于失去冰架的阻擋而突然大量快速進入到海洋，從而導(dǎo)致海平面上升的極端情景的出現(xiàn)。

雖然目前科技界普遍認為拉森C冰架崩裂與南極半島的氣候變暖有關(guān)，但與此同期，南極海冰卻不斷增加。觀測發(fā)現(xiàn)，自1979年以來，南極海冰覆蓋的區(qū)域每年約增加1.2%。2015年4月，海冰范圍創(chuàng)歷史新高，比2014年的記錄多了大約19萬平方千米。海冰的增加給南極科考帶來了新的困難。2013年圣誕節(jié)前夕，俄羅斯科考船“雪卡斯基號”被困南極，而一艘前往營救的澳大利亞破冰船也曾一度被困南極海冰之中。

總之，科學(xué)家對于南極冰雪圈與氣候變化之間的關(guān)系仍然還有待于進一步觀測分析。目前科學(xué)家借助南極大陸所擁有的深達數(shù)千米的冰蓋，已經(jīng)獲取了過去80萬年來的全球氣候環(huán)境變化記錄。未來一方面將通過繼續(xù)對南極冰蓋進行鉆探獲取更久遠的氣候環(huán)境記錄，另一方面，還要通過對南極冰蓋氣候環(huán)境區(qū)域分異、地球化學(xué)分帶等方面的綜合研究，為揭示南極氣候環(huán)境變化的歷史和預(yù)測未來氣候環(huán)境變化提供依據(jù)。