这场跌宕起伏的“乐章”,演奏在你看不见的北极

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几周之前,一位声称“气候变暖是骗局”的新总统入主白宫。与此同时,掉头下跌的不止各国的股市,还有极地海冰范围。根据美国国家冰雪数据中心(NSIDC)的开放数据,自10月下旬起,北极海冰范围的每日记录不断刷新同期历史新低。

斯瓦尔巴附近海域躺在海冰上小憩的海豹。但北极海冰的范围不断创下历史新低。图:刘小鸥

这已不是今年“戏很多”的北极海冰第一次成功地引起人们的注意。回顾2016年,北极海冰消长就如一首高深莫测的变奏曲。

低沉的前奏

极端暖冬与连续的月度最低

2016年被公认为史上最热的一年。NASA 与美国国家海洋大气局(NOAA)的数据显示,自2015年5月起,全球月均气温连续16个月打破历史同期的最高纪录。作为气候变化风向标的北极同样经历了一个异乎寻常的暖冬,北极表面温度相较1951年至1980年均温普遍高出4摄氏度以上,包括阿拉斯加的一些区域甚至超过往年平均10度以上。

这样极端的天气最直接的“受害者”是极地的冰雪系统。阿拉斯加雪融开始时间是有记录以来最早,比之前记录整整早了10天。今年上半年,北极海冰月均范围在除3月外的五个月都刷新了同期新低。

2016年2月至6月北极海冰范围变化。上半年除3月外,其它月份均刷新月均历史新低。图片来源:NSIDC

除了极端的高温,南风主导的气候模式使冰缘线向北偏移。在多重因素作用下,最终2016年成功打败2007年,刷新了年度最大范围的历史最低纪录。尤其在挪威附近的巴伦支海等区域,海冰消融十分明显:

2016年3月24日,海冰范围达到年度最大值,创历史新低。与长期(1981-2010年)中值范围(图中橙色曲线)相比,部分区域明显消融。图片来源:NSIDC

意外转折后迎来高潮

早早融化,却紧随一个暴风骤雨的夏季

严格说来,冬季的年度最大范围与夏季的年度最小范围并无太多关联,冬季出现历史新低也不意味着夏季就一定会再创新低。决定海冰消融在春、夏的消融速率的因素包括了融化开始时间、夏季天气等。

冰雪与重要的地表物理性质——反照率(albedo)息息相关。我们都知道深色衣服吸热,地球表面也是如此。当冰雪开始融化,表面反照率不断降低,剩余海冰及其表面的积雪会吸收更多太阳辐射而加速消融。这样的正反馈效应使早春冰雪开始融化的时间对夏季海冰的影响更为关键。

今年持续的高温及早春高压系统为主的天气模式早早拉开了冰融的序幕。纵观北冰洋,大部分区域冰融开始时间均比往年提前,在一些区域甚至提前超过6周。

消融起始时间距平值分布图。图片来源:NSIDC

“惊喜”的是,海冰在6月至8月间的范围减小的速率并未大幅上升,几乎与长期速率持平。这要多谢北冰洋中心区域6月开始的暴风骤雨。总体而言气温相对较凉爽,在风的作用下海冰分布也较为分散。同时多云的天空阻碍了阳光拥抱海面。直至8月中旬,大多预测已表明今年海冰的年度最小范围已不太可能突破2012年的历史最低值。

最终结果还是让科学家们吃了一惊。

尽管整个夏季海冰消融速率降低,最终的年度范围最小值仍达到了历史次低(仅高于2012年,约与2007年持平),尤其在达到最小值的前10天中海冰消融速率远高于之前同期水平。

目前研究人员仍在仔细调查背后的原因。他们初步推测,主要原因之一或许是冬末形成的冰普遍较薄同时,8月造访北极的两次气旋可能将海冰输送至海水温度较高的区域,从而加速了融化,气旋导致的巨浪也使冰缘线后退。

2016年9月10日,海冰范围达到年度最小值,为历史次低。图片来源:NSIDC

回旋起伏的末章

年度最小值出现之后,9月海冰出现了短暂的快速增长。紧接着则是极度缓慢的增长,最近一周甚至出现了小幅下跌。阻止增长的罪魁祸首仍然是高高在上的海面温度。尤其在较南部海域,海水在整个夏季接收了大量来自太阳的馈赠。另外,大气环流模式使得北极大部分区域的气温也居高不下。

截止2016年11月20日,2016年海冰范围变化。10月与11月海冰增长速率时快时缓。图片来源:NSIDC

前所未有的长期消融与古老海冰的消失

在这些短期波动的背后,是长期而持续不断的海冰消融。美国国家冰雪数据中心自1979年有相对完善的卫星记录。而任意选择某个月的月均范围记录都会发现,海冰正不断消失。

1978-2016年5月月均范围呈现明显下降趋势。图片来源:NSIDC

今年8月,NOAA 综合了大量历史记录,发布了一份较为可靠的1850至2013年泛北极海冰范围的跨越了3个世纪的长期历史记录。21世纪以来,尤其在夏季,越来越深的蓝色代表着越来越少的海冰。

1850-2013年泛北极地区海冰范围距平值分布图。越蓝表示海冰越少。图片来源:NSIDC

更引人担忧的是古老海冰的消融。海冰年龄是另一项衡量海冰状态的指标,因为年龄与厚度通常相关。在今年9月的数据中,最古老的海冰(超过4年)仅占总范围的3.1%——要知道,这类海冰在上世纪80年代中期曾占全部范围的三分之一。

未来无冰的北极?

在政府间气候变化专门委员会(IPCC) 的第五次评估报告中,介绍了四种典型的代表性浓度路径(RCP)的情景来描述温室气体浓度对未来环境的影响。简单地说,这四种典型情景代表着各国对温室气体排放的控制程度,科学家也对各情景下气温上升、海平面升高及海冰范围等诸多方面进行了预测。

不同代表性浓度路径的情景下,北极夏季海冰范围预测。图中绿色曲线代表着有效减排的 RCP 2.6情景,红色曲线代表温室气体浓度不断上升的 “糟糕”的RCP 8.5情景。图片来源:IPCC

如果人们从现在起有效地减排(即RCP 2.6情景),至本世纪末,全球气温平均升高约1摄氏度,而北极海冰在本世纪中期也将维持在较稳定的水平。相反,如果不加以控制,温室气体浓度持续升高(RCP 8.5情景),根据模型预测,本世纪末北极夏季将完全无冰。

然而现实是,2016年9月的海冰范围已经低于了最糟糕的 RCP 8.5情景预测。

最新的研究提出,海冰或许比原来认为的对人为二氧化碳排放更为敏感。研究人员发现了海冰消融与人为二氧化碳排放间稳定的线性关系,并由此估测了海冰消融的趋势。如果量化来说,一个普通的工作日,约有将近30班航班从北京飞往广州。这项研究的数据,每3次这样的飞行便意味着1平方米海冰的融化。按照现有排放速率,约29年后我们就将面对一个夏季无冰的北极。

数据来源:美国国家冰雪数据中心(NSIDC, http://nsidc.org/arcticseaicenews/charctic-interactive-sea-ice-graph/)。该数据中海冰范围(sea ice extent)均指海冰密度大于15%的区域。

(编辑:Jerrusalem)

参考资料:

  1. IPCC AR5 WG1 (2013) Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Cambridge University Press;
  2. D. Notz et al. (2016) Observed Arctic sea-ice loss directly follows anthropogenic CO2 emission, Science (2016). DOI: 10.1126/science.aag2345

编译来源

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