最近十多年來(lái)冰凍圈加速萎縮
——IPCC第六次評(píng)估報(bào)告之冰凍圈變化解讀

鐘歆玥，康世昌，郭萬(wàn)欽，吳曉東，陳金雷

（1.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院甘肅省遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；2.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

0 引言

2021年7月26日—8月6日政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）舉行了第54次全會(huì)暨第一工作組第14次會(huì)議，通過(guò)了第六次評(píng)估報(bào)告（AR6）決策者摘要（SPM），并于8月9日正式發(fā)布了IPCC第六次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告《氣候變化2021：自然科學(xué)基礎(chǔ)》。冰凍圈作為地球氣候系統(tǒng)的五大圈層之一，在氣候變化背景下，其快速變化特征和廣泛影響備受關(guān)注。該報(bào)告在IPCC第五次評(píng)估報(bào)告（AR5）、《全球1.5℃增溫特別報(bào)告》（SR1.5）、《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報(bào)告》（SROCC）的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的觀測(cè)和模擬研究，系統(tǒng)評(píng)估了冰凍圈變化的觀測(cè)事實(shí)、變化原因及其未來(lái)變化。本文主要就報(bào)告中冰凍圈變化的相關(guān)結(jié)論和亮點(diǎn)予以解讀。

1 冰凍圈變化的觀測(cè)事實(shí)

與AR5相一致，AR6對(duì)冰凍圈變化的事實(shí)評(píng)估結(jié)果顯示，最近十多年來(lái)，全球冰凍圈處于加速萎縮狀態(tài)，不同的冰凍圈要素變化特征如下。

1.1 海冰

海冰范圍（sea ice extent，SIE）是海冰密集度超過(guò)15%的累積像元面積，包括所有海冰分布區(qū)域（含海冰之間的空隙）。而海冰面積（sea ice area，SIA）不包括海冰間的空隙，由此海冰面積小于海冰范圍。不同于AR5和SROCC對(duì)海冰范圍［1-2］的評(píng)估，為了減小像元幾何相關(guān)偏差和不確定性，AR6專(zhuān)門(mén)針對(duì)海冰面積［3］變化的觀測(cè)事實(shí)和未來(lái)預(yù)估進(jìn)行了評(píng)述。

相比于AR5評(píng)估北極海冰范圍的季節(jié)變化，AR6重點(diǎn)關(guān)注了逐月海冰面積的年際變化。自1979年以來(lái)，北極海冰面積逐月均在縮減（很高信度）①AR6采用“很低”、“低”、“中等”、“高”和“很高”五個(gè)限定詞對(duì)研究結(jié)論的有效信度進(jìn)行定性評(píng)估[3]。。相對(duì)于1979—1988年，2010—2019年8月—10月的北極平均海冰面積減少了2×106km2（約25%）（高信度）（表1）；同時(shí)，2011—2020年間北極年均海冰面積達(dá)到了自1850年以來(lái)的最低水平（高信度）?？傮w而言，在夏末初秋（9月），北極的絕對(duì)和相對(duì)海冰減少量達(dá)到最大（高信度），而AR5指出，北極海冰范圍減少的最大值出現(xiàn)在夏季。在發(fā)生時(shí)間上，兩者略有差別，海冰面積減少的極值較海冰范圍有所延后。春季海冰表面融化時(shí)間的提前和秋季凍結(jié)時(shí)間的延后，促使了北極海冰退縮，并延長(zhǎng)了季節(jié)性海冰區(qū)開(kāi)放水域的時(shí)長(zhǎng)。在北極海冰損失量的空間分布上，AR6和SROCC的評(píng)估結(jié)果一致：冬季海冰減少最大值出現(xiàn)在巴倫支海，而夏季海冰的減少主要發(fā)生在海冰邊緣區(qū)，尤其是東西伯利亞海、楚科奇海、喀拉海和波弗特海等區(qū)域。此外，遙感衛(wèi)星觀測(cè)顯示，1979年至今，北極海冰的厚度在減薄，體積也在減?。ê芨咝哦龋?。其中，水下探測(cè)數(shù)據(jù)顯示，北冰洋中部海冰厚度相比于1970年代中期減薄了75 cm。海冰厚度減小的區(qū)域冰流速增加（高信度）。近20 a來(lái)，海冰以一年冰為主，多年冰（超過(guò)4 a）趨于消失，北極海冰向年輕化、稀薄化和快速移動(dòng)化發(fā)展（很高信度）。再分析資料評(píng)估結(jié)果表明，1979—2010年間，北極9月海冰體積減少了55%～65%，此后（2011—2016年）加速縮減。隨著技術(shù)革新和觀測(cè)資料的擴(kuò)充，與AR5相比，AR6對(duì)北極海冰厚度和體積變化趨勢(shì)的確定性評(píng)估有了顯著提高。

表1 AR5、SROCC、AR6冰凍圈各要素變化評(píng)估Table 1 The changes in cryospheric components in AR5，SROCC and AR6

自1979年有遙感觀測(cè)以來(lái)，南極年均海冰面積變化并不顯著（高信度），這一結(jié)論與SROCC提出的南極海冰范圍變化一致。1979—2019年間，南極海冰面積有增有減，減小區(qū)域主要在阿蒙森海與別林斯高晉海（特別是夏季），增加區(qū)域位于威德?tīng)柡Ｅc羅斯海東部。其中，海冰面積最大值出現(xiàn)在2014年，此后至2017年，海冰面積有明顯縮減，隨后又有所增加。AR6、SROCC與AR5評(píng)估結(jié)果均指出，由于觀測(cè)資料的稀缺，目前只能對(duì)南極海冰厚度進(jìn)行定性評(píng)述而無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)其長(zhǎng)期變化趨勢(shì)。

1.2 冰蓋

關(guān)于冰蓋變化的認(rèn)知，AR6、SROCC和AR5評(píng)估結(jié)果基本一致，均指出冰蓋呈現(xiàn)顯著的物質(zhì)虧損。SROCC指出，相比于1992—2001年，格陵蘭冰蓋的物質(zhì)虧損在2012—2016年間極有可能②AR6對(duì)研究結(jié)論的可能性進(jìn)行定量評(píng)估[3]。文中，“幾乎確定”表示發(fā)生的概率為99%～100%；“極有可能”表示概率為95%～100%；“很可能”表示概率為90%～100%；“可能”表示概率為66%～100%。更為明顯，并且自1990年代以來(lái)冰蓋的夏季消融達(dá)到了過(guò)去350 a來(lái)前所未有的水平（很高信度），比工業(yè)革命前高出2～5倍（中等信度）。AR6將格陵蘭冰蓋的觀測(cè)數(shù)據(jù)更新至2020年，并得到相同的結(jié)論。1992—2020年格陵蘭冰蓋物質(zhì)虧損達(dá)4 890（4 140～5 640）Gt，引起海平面上升13.5（11.4～15.6）mm，并導(dǎo)致格陵蘭地區(qū)基巖在2007—2019年間均衡抬升數(shù)十厘米。年代際冰蓋物質(zhì)虧損率也加速增長(zhǎng)（高一致性），從1992—1999年的39（-3～80）Gt·a-1，顯著增加至2010—2019年的243（197～290）Gt·a-1。其中，格陵蘭西北部和東南部的物質(zhì)虧損量最大（高信度）。

同期（1992—2020年）南極冰蓋也在發(fā)生物質(zhì)虧損（很高信度），虧損量為2 670（1 800～3 540）Gt，對(duì)應(yīng)的海平面上升為7.4（5.0～9.5）mm。物質(zhì)虧損 率 由1992—1999年 間49（-2～100）Gt·a-1增 至2010—2016年間的148（94～202）Gt·a-1，但2016年后，由于毛德皇后地區(qū)域出現(xiàn)正物質(zhì)平衡，南極冰蓋總體物質(zhì)虧損率未發(fā)生進(jìn)一步增加。

總體而言，1992—2020年間，格陵蘭冰蓋和南極冰蓋的物質(zhì)虧損共計(jì)約7 560 Gt。而在AR5中，1992—2011年冰蓋的物質(zhì)虧損總量為4 260 Gt。這表明，近10 a，冰蓋物質(zhì)虧損在顯著增加。與AR5相比，AR6對(duì)格陵蘭冰蓋和南極冰蓋物質(zhì)平衡變化的評(píng)估也更為確定。

1.3 山地冰川

AR6對(duì)于全球山地冰川變化的評(píng)估基于2017年發(fā)布的RGI 6.0全球冰川編目數(shù)據(jù)，相對(duì)于AR5，AR6的冰川變化數(shù)據(jù)有了進(jìn)一步更新。評(píng)估結(jié)果顯示，北極、亞洲高山區(qū)和南安第斯山脈的冰川體積在減少，但南極地區(qū)山地冰川的體積有所增加。SROCC報(bào)告指出，盡管過(guò)去幾十年全球山地冰川變化具有很大年際變率和區(qū)域差異，但整體具有一致的萎縮趨勢(shì)（很高信度）。AR6對(duì)全球山地冰川變化的評(píng)估利用冰川長(zhǎng)度重建數(shù)據(jù)［4］和網(wǎng)格化氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建的冰川模型［5］開(kāi)展，在評(píng)估物質(zhì)虧損時(shí)未考慮沒(méi)有列入編目的小冰川和已消失冰川的物質(zhì)虧損率［6］，也未對(duì)冰川長(zhǎng)度和面積做相應(yīng)評(píng)估。由于假定時(shí)間序列是獨(dú)立的，因此相比于SROCC，評(píng)估結(jié)果的不確定性更大。AR6的一項(xiàng)重大進(jìn)展是對(duì)單條冰川物質(zhì)平衡的高精度評(píng)估。評(píng)估結(jié)果顯示，全球山地冰川在1971—2019年間的物質(zhì)虧損速率為（170±80）Gt·a-1［占1971年冰川總物質(zhì)量的8%（14%～4%）］，而2006—2019年 間 為（240±40）Gt·a-1［占2006年物質(zhì)總量3%（4%～2%）］（很可能），表明近十多年來(lái)，冰川物質(zhì)虧損率明顯增加。如果將兩極冰蓋外圍山地冰川納入計(jì)算，21世紀(jì)以來(lái)（2000—2019年）全球山地冰川物質(zhì)虧損速率更為顯著，從2000—2009年間的（240±9）Gt·a-1增加到2010—2019年間的（290±10）Gt·a-1（高信度）。評(píng)估結(jié)果顯示，近20 a來(lái)，最大的冰川物質(zhì)虧損率（＞720 kg·m-2·a-1）出現(xiàn)在南安第斯山、新西蘭、阿拉斯加、歐洲中部和冰島，而亞洲高山區(qū)、俄羅斯北極和南極冰蓋外圍冰川的物質(zhì)虧損率最?。ǎ?50 kg·m-2·a-1）。AR6還指出，盡管山地冰川變化在多地具有很高的年際差異，但冰川物質(zhì)平衡監(jiān)測(cè)記錄顯示，過(guò)去20 a，全球山地冰川虧損速率在持續(xù)增加（很高信度），21世紀(jì)初全球冰川的萎縮速率在過(guò)去2 000 a都是史無(wú)前例的（中等信度）。與AR5相比，全球大部分冰川物質(zhì)虧損都明顯增加，較大冰川物質(zhì)虧損的分布范圍在擴(kuò)大，評(píng)估信度也在進(jìn)一步提升。

盡管全球大部分冰川處于萎縮狀態(tài)，但也有部分冰川由于內(nèi)部動(dòng)力機(jī)制或局地氣候因素而出現(xiàn)正平衡或前進(jìn)。例如，喀喇昆侖地區(qū)的冰川自1970年代以來(lái)接近平衡狀態(tài)，并且在2000年以后出現(xiàn)輕微的正平衡。AR6顯示，這類(lèi)異常的出現(xiàn)與表磧覆蓋冰川較低的溫度敏感性、夏季降溫，以及由于農(nóng)業(yè)灌溉造成蒸散發(fā)增加引起的降雪量增多有關(guān)。

1.4 多年凍土

對(duì)多年凍土的評(píng)估，AR6、SROCC和AR5基本一致?？傮w上，過(guò)去30～40 a，在多年凍土區(qū)觀測(cè)到的表層30 m的土壤溫度在升高（高信度）。在極地和高山區(qū)，多年凍土溫度在2007—2016年間增加了（0.29±0.12）℃，達(dá)到1980s以來(lái)的最大值（很高信度）。連續(xù)多年凍土區(qū)比不連續(xù)多年凍土區(qū)增溫更為明顯。1974—2019年間，北極冷多年凍土溫度增加0.4～0.6℃·（10a）-1，明顯高于亞北極地區(qū)暖多年凍土的增溫速率?；顒?dòng)層厚度在泛北極區(qū)域有增加趨勢(shì)（中等信度），進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，歐洲北極和俄羅斯北極的活動(dòng)層厚度普遍增厚，而歐洲和亞洲高海拔地區(qū)在1990年代中期就已經(jīng)出現(xiàn)活動(dòng)層厚度增加的現(xiàn)象，但是活動(dòng)層厚度變化有很大的空間異質(zhì)性。此外，海底多年凍土范圍有明顯減少（高信度）。近幾十年來(lái)，在不連續(xù)多年凍土和島狀多年凍土區(qū)出現(xiàn)的多年凍土完全融化也已成為普遍現(xiàn)象（中等信度）。南極多年凍土的觀測(cè)數(shù)據(jù)較少，其溫度和活動(dòng)層厚度的變化趨勢(shì)并不顯著。

1.5 積雪

AR6指出，1922—2018年間，北半球4月的積雪范圍顯著減少，為（0.29±0.07）×106km2·（10a）-1。1981—2018年間，北半球所有月份積雪范圍都在減小，其中11月、12月、3月和5月的縮減率均超過(guò)50×103km2·a-1。北半球春季積雪范圍自1978年以后就開(kāi)始減少（很高信度），同時(shí)也反映出春季積雪消融的提前。與AR5相比，兩次報(bào)告最大的差異是各月積雪范圍變化趨勢(shì)有所不同。AR5評(píng)估結(jié)果表明，1967—2012年，仍有個(gè)別月份的積雪范圍有不顯著增加。但在AR6中，隨著數(shù)據(jù)的更新，近40年已無(wú)積雪增加的月份，且減少速率也在加快。此外，對(duì)北半球春季積雪范圍減少的評(píng)估信度也更加確定。

在積雪量的評(píng)估方面，AR5雖指出高山區(qū)雪水當(dāng)量和雪深都有不同程度的減少，但并未提供北半球尺度上的積雪量變化趨勢(shì)。SROCC則主要針對(duì)北極和高山區(qū)域積雪進(jìn)行了評(píng)述，其中，俄羅斯北極和泛北極地區(qū)雪水當(dāng)量均有所減少（中等信度），在低海拔山區(qū)積雪量也呈現(xiàn)減少趨勢(shì)（高信度）?；诖罅咳蚧虬肭虺叨葦?shù)據(jù)的更新和評(píng)估，AR6展示了大范圍尺度上的積雪變化結(jié)果及空間差異，表明并不是所有區(qū)域積雪量均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。其中，自1981年以來(lái)，北半球春季雪水當(dāng)量普遍減少（高信度）；1960—2014年間，北美地區(qū)最大積雪深度也在變??；而歐亞大陸在1966—2012年間雪深總體卻呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，且具有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性；青藏高原地區(qū)的春季雪深則在1961—2010年間呈現(xiàn)先增加后減少的變化。此外，AR6還增加了對(duì)不同區(qū)域積雪日數(shù)變化的評(píng)估。其中，北極積雪日數(shù)自1970年代以來(lái)有所縮短［2～4 d·（10a）-1］；歐亞大陸西部積雪日數(shù)在1978年以后也在顯著減少。由于缺乏南半球積雪資料，三個(gè)報(bào)告都沒(méi)有對(duì)南半球積雪變化進(jìn)行評(píng)述。

2 冰凍圈變化的歸因

相比于AR5，AR6系統(tǒng)探討了冰凍圈各要素變化的原因?；谟^測(cè)和模型模擬發(fā)現(xiàn)，北極海冰面積變化與全球平均地表溫度、CO2濃度和人為CO2累積排放量密切相關(guān)。SROCC也指出，1979年以來(lái)北極海冰的減少很可能是由人類(lèi)活動(dòng)排放的溫室氣體所致。此外，氣溶膠、臭氧、火山噴發(fā)、風(fēng)場(chǎng)、海洋與河流熱通量也是影響海冰變化的因素。1950年代以來(lái)，人為氣溶膠的增加抵消了部分由溫室氣體排放引起的海冰減少（中等信度）。南極海冰的減少主要由風(fēng)場(chǎng)變化引起（中等信度）的海冰漂移和退縮（高信度）導(dǎo)致。其中，區(qū)域趨勢(shì)與徑向風(fēng)變化密切相關(guān)（高信度）。此外，海冰變化還可能與內(nèi)部變率、西風(fēng)增強(qiáng)導(dǎo)致的近海面年代際變暖、東印度洋變暖，以及負(fù)的南環(huán)形模態(tài)的遙相關(guān)有關(guān)。

SROCC報(bào)告指出，格陵蘭冰蓋的物質(zhì)虧損主要受入海冰流量和冰蓋表面物質(zhì)平衡控制，而后者由于表面消融和徑流的增加，已成為冰蓋物質(zhì)虧損的主導(dǎo)因素，在物質(zhì)虧損中的占比從2000—2005年的43%增加到2009—2012年的68%（高信度）。AR6評(píng)估結(jié)果則表明，因格陵蘭冰蓋入海冰流量相對(duì)穩(wěn)定，冰蓋表面物質(zhì)平衡較大的年際變化是導(dǎo)致格陵蘭冰蓋物質(zhì)虧損總量波動(dòng)強(qiáng)烈的主要原因（高信度）。同時(shí)，SROCC報(bào)告認(rèn)為大尺度大氣環(huán)流是格陵蘭冰蓋變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。AR6進(jìn)一步補(bǔ)充指出，云量的變化（中等信度）、冰蓋表面反照率的正反饋?zhàn)饔茫ǜ咝哦龋?、融水在雪層和粒雪中的蓄積與再凍結(jié)（中等信度）、冰蓋接地區(qū)的海水溫度與冰下融水釋放（中等信度），以及人類(lèi)活動(dòng)（很可能）等都對(duì)格陵蘭冰蓋的物質(zhì)虧損有所影響。

SROCC和AR6均顯示，過(guò)去幾十年南極冰蓋物質(zhì)平衡變化是由西南極主要溢出冰川的加速運(yùn)動(dòng)、退縮和減薄等過(guò)程主導(dǎo)（很高信度），并且主要由海水暖化造成的冰架消融所致（高信度）。東南極部分地區(qū)在過(guò)去20 a也出現(xiàn)物質(zhì)虧損（高信度），如東南極Totten冰川在2000年以來(lái)也因海岸帶冰動(dòng)力過(guò)程變化導(dǎo)致物質(zhì)虧損（很高信度）。同時(shí)降雪的增加也部分減緩了由動(dòng)力減薄引起的物質(zhì)虧損（高信度），如SROCC指出，20世紀(jì)東南極和西南極降雪的增加分別相當(dāng)于（7.7±4.0）mm和（2.8±1.7）mm的海平面下降量（中等信度）。整體來(lái)看，1990年代早期以來(lái)已觀測(cè)到的南極冰蓋物質(zhì)虧損主要與冰架的變化相關(guān)（很高信度）。此外，AR6也指出，海水暖化造成了冰架底部的消融，進(jìn)而引起冰架減薄、底部支撐力降低以及冰川運(yùn)動(dòng)速度的增加和進(jìn)一步動(dòng)力的減薄（以接地線(xiàn)的后退為主要標(biāo)志）（高信度）。這一現(xiàn)象在南極沿岸地區(qū)廣泛出現(xiàn)，并在西南極地區(qū)異常強(qiáng)烈（高信度）。南極半島北部冰架的解體也是造成過(guò)去幾十年該地區(qū)冰川動(dòng)力減薄現(xiàn)象的驅(qū)動(dòng)因素（高信度）。有限的證據(jù)表明，人為強(qiáng)迫造成的冰流量變化也會(huì)導(dǎo)致南極冰蓋物質(zhì)虧損（中等一致性）。

冰川變化的歸因方面，AR6再次確認(rèn)了AR5提到的軌道強(qiáng)迫在千年尺度上對(duì)半球尺度冰川變化的控制作用（高信度），但同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了如太陽(yáng)活動(dòng)、火山活動(dòng)、海洋環(huán)流、海冰和內(nèi)部氣候變化等其他驅(qū)動(dòng)因素對(duì)區(qū)域冰川在較短時(shí)間尺度上變化的影響。新的歸因研究表明，人類(lèi)活動(dòng)很可能是1990年代以來(lái)全球冰川普遍退縮的主要影響因素。如人類(lèi)活動(dòng)造成的氣候變暖導(dǎo)致了新西蘭冰川的極端物質(zhì)虧損。此外，降水和冰川內(nèi)部動(dòng)力過(guò)程改變了部分地區(qū)冰川對(duì)溫度變化的響應(yīng)，黑碳、棕碳、藻類(lèi)、礦物沉積和火山灰等沉降于冰川表層（＜2 cm）的吸光性雜質(zhì)通過(guò)降低冰川表面反照率和吸收長(zhǎng)波輻射加速冰川消融，但冰川表面冰磧物厚度的增加會(huì)減緩冰川消融。因此，非氣候因素已經(jīng)并將繼續(xù)導(dǎo)致部分地區(qū)冰川的溫度響應(yīng)過(guò)程發(fā)生改變（高信度）。

多年凍土溫度的變化與局地條件（如地形、地表類(lèi)型、土壤質(zhì)地、積雪等）、區(qū)域溫度變化、凍土自身熱狀況等有關(guān)。目前還缺乏人為強(qiáng)迫引起多年凍土變化（如融化深度、熱狀態(tài)）的專(zhuān)門(mén)研究。但是，已有研究證明北極變暖歸因于人類(lèi)活動(dòng)的影響，而地溫（多年凍土）和地表氣溫之間存在明顯的物理關(guān)聯(lián)。因此，可以認(rèn)為人為強(qiáng)迫是泛北極地區(qū)多年凍土變化的主要原因（中等信度）。此外，人類(lèi)工業(yè)活動(dòng)的增加導(dǎo)致北極土壤和生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)，從而引起局地多年凍土發(fā)生變化。

目前，北半球春季積雪范圍和雪水當(dāng)量均呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)。從觀測(cè)和模型模擬結(jié)果來(lái)看，春季積雪與地表溫度的變化存在物理關(guān)聯(lián)。而北半球氣候變化主要受人類(lèi)活動(dòng)的影響。因此，20世紀(jì)中葉以來(lái)北半球春季積雪的減少很可能要?dú)w因于人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)的影響。

與前幾次評(píng)估報(bào)告相比，AR6進(jìn)一步明晰了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)冰凍圈變化的作用。隨著人類(lèi)排放溫室氣體的持續(xù)增加，人為強(qiáng)迫對(duì)氣候變暖和冰凍圈加速萎縮的影響愈加顯著，人類(lèi)活動(dòng)正逐漸成為冰凍圈各要素發(fā)生變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。

3 冰凍圈變化的未來(lái)預(yù)估

AR6采用了參與國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃第六階段（CMIP6）的氣候模式對(duì)未來(lái)氣候系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)估。與之前IPCC評(píng)估報(bào)告中考慮的氣候模式相比，CMIP6囊括了更多生物地球理化過(guò)程，并提高了空間分辨率，從而對(duì)大多數(shù)氣候變化指標(biāo)的平均氣候態(tài)模擬有所改進(jìn)。與CMIP5相比，CMIP6的氣候模式更具氣候敏感性。

與CMIP5采用的典型濃度路徑（RCPs）情景不同，CMIP6采用的情景模式在RCPs基礎(chǔ)上增加了共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑（SSPs）情景，包含了未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的信息［7］。組合形式為“SSPX-Y”，表示在不同路徑下的排放情景，共有五大基礎(chǔ)類(lèi)型。其中，SSP1代表可持續(xù)發(fā)展路徑，SSP2代表中間路徑，SSP3代表區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)路徑，SSP4代表不均衡路徑，SSP5代表以傳統(tǒng)化石燃料為主的發(fā)展路徑。除CMIP5的 四 種RCP情 景（RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5）外，CMIP6又增加了三種排放情景（RCP1.9、RCP3.4、RCP7.0）。例如，新的組合路徑情景中，SSP1-1.9代表了到2100年輻射強(qiáng)迫增加1.9 W m-2的 低 排 放 情 景；SSP2-4.5是CMIP5中RCP4.5的更新版，屬中等輻射強(qiáng)迫情景；SSP5-8.5是CMIP5中RCP8.5的更新版，屬高輻射強(qiáng)迫情景。總之，SSPs提供了更多的未來(lái)情景。

3.1 海冰

AR6對(duì)北極海冰的預(yù)估認(rèn)為，在所有SSP情景下，2050年前北冰洋將可能在9月首次出現(xiàn)無(wú)冰現(xiàn)象（高信度），但冬季直到21世紀(jì)末很可能仍然有海冰存在。夏季北極海冰的消失沒(méi)有臨界點(diǎn)（高信度）。隨著溫室氣體濃度的升高，預(yù)計(jì)北冰洋的無(wú)冰狀態(tài)將頻繁發(fā)生，并將成為21世紀(jì)末高排放情景下的新常態(tài)（高信度）。AR5對(duì)北極海冰的預(yù)估中，只有RCP8.5情景下，9月北極海冰在2050年前才會(huì)出現(xiàn)無(wú)冰現(xiàn)象。這表明，在人類(lèi)活動(dòng)的顯著影響下，AR6預(yù)估的北極海冰減少速率將加快，預(yù)估的變化可能性也更為確鑿。此外，相比于CMIP5，CMIP6對(duì)北極海冰的模擬也有所改進(jìn)，模式能更好地捕捉到海冰物質(zhì)虧損對(duì)CO2排放的敏感性。但兩種模式對(duì)北極海冰面積的季節(jié)周期模擬仍存在不足，無(wú)法真實(shí)捕捉區(qū)域和季節(jié)性海冰變化過(guò)程，從而導(dǎo)致對(duì)未來(lái)海冰區(qū)域變化預(yù)估的低信度［如北方海航線(xiàn)（東北航道）和西北航道］。由于缺乏過(guò)程代表性的數(shù)據(jù)資料，對(duì)未來(lái)南極海冰變化尤其在區(qū)域尺度上的模擬具有低信度。

3.2 冰蓋

AR6指出，在所有SSP情景下，格陵蘭冰蓋（幾乎確定）和南極冰蓋（可能）仍將繼續(xù)發(fā)生物質(zhì)虧損。模擬結(jié)果顯示，相比于1995—2014年，到2100年格陵蘭冰蓋在SSP1-2.6情景下將可能導(dǎo)致全球平均海平面上升0.06（0.01～0.10）m，SSP2-4.5情景下為0.08（0.04～0.13）m，SSP5-8.5情景下為0.13（0.09～0.18）m。由于對(duì)冰蓋下部消融、冰架解體和冰蓋不穩(wěn)定性等過(guò)程了解不足，對(duì)南極冰蓋未來(lái)變化預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性有待提升。從AR6現(xiàn)有評(píng)估結(jié)果來(lái)看，到2100年南極冰蓋消融導(dǎo)致的海平面上升可能分別為0.11（0.03～0.27）m（SSP1-2.6），0.11（0.03～0.29）m（SSP2-4.5），0.12（0.03～0.34）m（SSP5-8.5）。2100年以后，高排放情景下兩個(gè)冰蓋的總物質(zhì)虧損將超過(guò)低排放情景（高信度），但南極冰蓋在高排放情景下的預(yù)估受冰蓋不穩(wěn)定性影響，具有很大不確定性。相比于AR5，AR6在對(duì)冰蓋預(yù)估方面得到了極大提升，對(duì)冰蓋未來(lái)變化趨勢(shì)的確定和量化都有明顯提高。

3.3 冰川

AR6中所有SSP情景下的預(yù)估均顯示，21世紀(jì)冰川的物質(zhì)虧損將持續(xù)增加（很高信度）。由于冰川對(duì)氣候變化的滯后響應(yīng)，即使全球氣溫不再升高，冰川也會(huì)在未來(lái)幾十年內(nèi)持續(xù)退縮（很高信度）。模擬顯示，在已有溫室氣體排放影響下，全球36%±8%的冰川還會(huì)在未來(lái)繼續(xù)發(fā)生物質(zhì)虧損。根據(jù)AR6預(yù)估結(jié)果，在RCP2.6和RCP8.5情景下，2015—2100年間，全球冰川（包括兩極冰蓋外圍冰川）物質(zhì)虧損將分別達(dá)到29 000（9 000～49 000）Gt和58 000（28 000～88 000）Gt（中等信度），相當(dāng)于21世紀(jì)初冰川冰量的18%（5%～31%）和36%（16%～56%）。

3.4 多年凍土

AR6對(duì)多年凍土未來(lái)變化的評(píng)估指出，幾乎確定的是，氣候變暖將會(huì)導(dǎo)致多年凍土體積減少和范圍萎縮。當(dāng)全球地表氣溫升高1℃（比工業(yè)化前高出4℃），距地表3 m內(nèi)的多年凍土體積將減少約25%（中等信度）。值得注意的是，多年凍土退化不僅僅局限于距地表3 m的范圍，深層多年凍土?xí)霈F(xiàn)響應(yīng)延遲。與其他情景相比，在SSP1-2.6情景下，多年凍土體積對(duì)瞬時(shí)溫度會(huì)更敏感。這是由于隨著大氣升溫速率增加，地下土壤溫度滯后性也在增強(qiáng)，尤其是地下冰融化會(huì)引發(fā)更多滯后性發(fā)生。此外，由于CMIP6模型對(duì)土壤柱和土壤水相變化考慮不足，與CMIP5相比，模型在預(yù)估多年凍土范圍變化時(shí)并無(wú)實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。

3.5 積雪

AR6指出，幾乎確定的是，未來(lái)北半球季節(jié)性積雪范圍和積雪日數(shù)會(huì)隨著全球持續(xù)升溫而縮減；南半球積雪范圍預(yù)計(jì)也會(huì)發(fā)生相同的變化（高信度）。當(dāng)全球地表氣溫升高1℃（比工業(yè)化前高出4℃），北半球春季積雪范圍將減少約8%（中等信度）。與AR5相比，AR6對(duì)未來(lái)全球積雪變化趨勢(shì)的評(píng)估更為確定。這是由于CMIP5對(duì)積雪過(guò)程參數(shù)化模擬和積雪反照率反饋的描述有誤，低估了溫度敏感性，且對(duì)春季積雪分布的模擬存在偏差，因此，低估了北半球春季積雪范圍的減少量。與此相比，CMIP6對(duì)CMIP5進(jìn)行了改進(jìn)，可以很好地模擬出積雪范圍的實(shí)際變化。然而，CMIP6也存在不足：大部分模式?jīng)]有明確模擬出黑碳等吸光性氣溶膠沉積于積雪表面引起的積雪污化過(guò)程，而這正是加速積雪消融的重要因素。

3.6 不同溫升情景下的冰凍圈變化

溫升1.5~2℃：未來(lái)某些年份，北冰洋在9月將幾乎處于無(wú)冰狀態(tài)（中等信度）；冰蓋將繼續(xù)發(fā)生物質(zhì)虧損（高信度），但幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)不會(huì)完全崩解（中等信度）；有限證據(jù)表明，格陵蘭和西南極冰蓋在數(shù)千年中將會(huì)發(fā)生不可逆的幾乎完全消融；現(xiàn)存50%～60%的冰川及南極冰蓋外圍冰川仍會(huì)保留下來(lái)，其中大部分位于極地地區(qū)（低信度）；相比于1995—2014年均值，未來(lái)北半球春季積雪范圍將縮減20%（中等信度），距地面3 m的多年凍土體積將減少50%（中等信度）。

溫升2~3℃：未來(lái)大多數(shù)年份，整個(gè)9月北冰洋幾乎處于無(wú)冰狀態(tài)（中等信度）；有限的證據(jù)顯示，格陵蘭和西南極冰蓋在數(shù)千年中將會(huì)發(fā)生不可逆的幾乎完全消融，兩個(gè)冰蓋完全消融的概率和物質(zhì)虧損率會(huì)隨氣溫的升高而增大（高信度）；現(xiàn)存南極以外的冰川有50%～60%將會(huì)消失（低信度）；相比于1995—2014年均值，北半球春季積雪范圍將減少30%（中等信度），距地面3 m的多年凍土體積將減少75%（中等信度）。

溫升3~5℃：未來(lái)大多數(shù)年份，北冰洋將在幾個(gè)月內(nèi)幾乎都處于無(wú)冰狀態(tài)（高信度）；格陵蘭冰蓋將會(huì)發(fā)生不可逆的幾乎完全消融，西南極冰蓋也將不可逆的完全消融（低信度）；東南極威爾克斯地冰下盆地的大部分或全部將在數(shù)千年內(nèi)消失（低信度）；低緯度地區(qū)、歐洲中部、高加索地區(qū)、加拿大西部和美國(guó)西部、北亞、斯堪的納維亞半島及新西蘭幾乎所有冰川都可能會(huì)消失；相比于1995—2014年均值，北半球春季積雪范圍將減少50%（中等信度），距地面3 m的多年凍土體積將減少90%（中等信度）。

4 冰凍圈變化對(duì)海平面上升的貢獻(xiàn)

AR6評(píng)估結(jié)果顯示，1901—2018年，全球平均海平面上升了0.20（0.15～0.25）m，與AR5結(jié)果［1901—2010年間平均上升了0.19（0.17～0.21）m］相近。此外，AR6指出，在1993—2018年間，全球平均海平面上升速率為3.25（2.88～3.61）mm·a-1；2006—2018年 的 上 升 速 率 增 加 至3.69（3.21～4.71）mm·a-1（高信度），略高于SROCC給出的1993—2015年［3.16（2.79～3.53）mm·a-1］和2006—2015年［3.58（3.10～4.06）mm·a-1］的變化速率?？傮w上近十多年來(lái)，全球海平面上升的趨勢(shì)顯著增加。

冰凍圈的變化對(duì)海平面上升具有重要貢獻(xiàn)。自1970年代以來(lái)，全球平均海平面上升主要受海洋熱膨脹和冰川（不含冰蓋外圍冰川）冰量損失的影響，兩者貢獻(xiàn)率分別為50.3%和22.1%。自1993年以來(lái)，海洋熱膨脹和冰川冰量虧損的貢獻(xiàn)率均有所減少，而冰蓋物質(zhì)虧損的貢獻(xiàn)率卻有明顯增加。AR6指出，在2006—2018年間，冰蓋對(duì)全球平均海平面上升的貢獻(xiàn)率達(dá)到35.4%，超過(guò)了海洋熱膨脹的貢獻(xiàn)率（34.4%），且遠(yuǎn)超冰川的貢獻(xiàn)率（15.4%）。其中，海洋熱膨脹貢獻(xiàn)了1.39 mm·a-1，全球冰川、格陵蘭冰蓋和南極冰蓋分別貢獻(xiàn)了0.62 mm·a-1、0.91 mm·a-1和0.53 mm·a-1，陸地水儲(chǔ)存貢獻(xiàn)了0.60 mm·a-1。未來(lái)，隨著冰蓋持續(xù)的物質(zhì)虧損，其對(duì)海平面上升的貢獻(xiàn)將會(huì)愈加顯著。

5 結(jié)論

AR6系統(tǒng)呈現(xiàn)了IPCC AR5以來(lái)全球氣候變化科學(xué)研究成果和認(rèn)知?；谧钚碌膶?shí)地觀測(cè)、遙感數(shù)據(jù)和再分析資料，AR6給出了更為確鑿的冰凍圈變化特征，為我們理解冰凍圈變化事實(shí)和歸因提供了更全面、更準(zhǔn)確的描述。結(jié)合CMIP6模式、采用新的SSP情景，對(duì)冰凍圈未來(lái)變化的評(píng)估，更加明晰了人為因素導(dǎo)致的冰凍圈退縮，進(jìn)一步深化了我們對(duì)人類(lèi)活動(dòng)影響的認(rèn)識(shí)。報(bào)告對(duì)冰凍圈變化事實(shí)和未來(lái)變化趨勢(shì)評(píng)估的確定性和量化都有了顯著提高。

總體而言，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，冰凍圈的萎縮在加速，未來(lái)冰凍圈各要素仍將持續(xù)退縮，甚至完全消失。其中，北極海冰面積在近10 a減少最為顯著，2050年前將面臨夏季無(wú)冰情況的發(fā)生；格陵蘭冰蓋和南極冰蓋近10 a的物質(zhì)虧損也在明顯增加，全球冰川在近10 a達(dá)到有觀測(cè)資料以來(lái)的最大負(fù)物質(zhì)平衡，到21世紀(jì)末，冰蓋和冰川的物質(zhì)虧損將持續(xù)發(fā)生；多年凍土的退化表現(xiàn)為多年凍土溫度增加、活動(dòng)層增厚和海底多年凍土范圍減少，未來(lái)多年凍土的體積和范圍都將繼續(xù)縮減；北半球積雪范圍明顯變小，但積雪量呈現(xiàn)空間變化差異，未來(lái)積雪范圍和日數(shù)會(huì)持續(xù)減少。近十多年來(lái)，冰蓋的變化已成為全球海平面上升的主導(dǎo)因素。

盡管AR6對(duì)冰凍圈變化和未來(lái)預(yù)估有了更全面的認(rèn)識(shí)，但在觀測(cè)資料獲取、模型模擬等方面仍存在局限和不確定性，亟需更多觀測(cè)數(shù)據(jù)和深入研究，對(duì)冰凍圈各要素的變化過(guò)程和影響機(jī)制有更科學(xué)的理解和認(rèn)知。