地球三極與全球氣候變化

?改造前冰上的雪龍?zhí)枺〝z影 / 陸龍驊）

北極

青藏高原

南極

南極地區(qū)，通常指60°S以南地區(qū)，這是一塊被海洋包圍的冰雪大陸;北極地區(qū)，通常指北極圈（66°33′N）以北地區(qū)，這是一片被大陸包圍的冰雪海洋;青藏高原平均海拔4000米以上，有世界屋脊之稱，是地球的第三極（高極）。南極、北極和青藏高原素有地球三極之稱，又有企鵝、北極熊和藏羚羊等標(biāo)志性動物生活在其中。多年來，筆者一直從事青藏高原、南極和北極科學(xué)考察和全球變化研究，曾8次上青藏高原、2次去南極、3次到北極進(jìn)行科學(xué)考察。科學(xué)家為什么要考察地球三極，難道是它們與全球氣候變化有關(guān)？

?三極標(biāo)志性動物——企鵝、北極熊和藏羚羊（繪圖 / 王敘）

?1976年，陸龍驊研究員等在唐古拉山口參加青藏鐵路科學(xué)考察

?1988年，陸龍驊研究員在南極中山站進(jìn)行首次氣象觀測

?2002年，陸龍驊研究員在北極苔原考察

地球三極，沒你不行

南極、北極和青藏高原地區(qū)包含了全球氣候系統(tǒng)（大氣、海洋、陸地、冰雪和生物五大圈層）相互作用的全部過程。因此，它們是全球氣候變化的關(guān)鍵區(qū)。

極地是地球大氣的主要冷源，特別是南極洲95%以上地區(qū)被冰蓋、冰架和終年不化的積雪所覆蓋，儲存了全球冰雪總量的90%以上，具有能使全球海平面升高58.3米的水量;北極地區(qū)冰雪覆蓋量也不少，其中格陵蘭冰蓋也具有能使全球海平面升高7.4米的水量。如若南北極的冰都融化，將使全球海平面升高約66米。而要南北極的冰全部融化，則相當(dāng)于地球平均溫度要升高12℃，這在近數(shù)千年內(nèi)都是不太可能的。此外，極地冷水通過沉降從海底向較低緯度地區(qū)輸送，在全球海洋溫鹽環(huán)流中起啟動作用;極地海冰是極地下墊面季節(jié)和年際變化的最大特征，影響著全球氣候系統(tǒng)。

青藏高原高聳在中緯度地區(qū)的對流層中，是大氣的熱源，它的熱力和動力作用，不但影響中國的天氣氣候，而且對東亞以至全球大氣環(huán)流都有重要影響。長江中下游是中國氣候和生態(tài)條件最好的地區(qū)，云南西雙版納的熱帶雨林更是中國的綠色明珠，這一切都得益于青藏高原的隆起，如果沒有青藏高原，長江中下游和西雙版納等地，將與位于30°N干旱帶的北非和中東地區(qū)一樣成為沙漠和干旱地區(qū)。

地球三極既是影響全球氣候變化的敏感區(qū)，也是目前全球受人類活動和環(huán)境污染影響最少的地區(qū)，因此，考察地球三級對了解人類活動與全球環(huán)境變化的關(guān)系和影響程度也同樣重要。

北半球的人們對來自北極地區(qū)的冷空氣活動的影響都有深切體會。2008年春，中國南方的低溫雨雪冰凍災(zāi)害就與北極的冷空氣頻繁活動、路徑偏西及青藏高原南側(cè)和西太平洋的暖濕空氣活躍等有關(guān)。同樣，南半球的冷空氣活動對北半球的大氣環(huán)流和天氣氣候也會產(chǎn)生影響。

除了影響現(xiàn)在的氣候，三極地區(qū)冰凍圈的冰雪及沉積物等也保留著地球氣候變化的詳細(xì)記錄。在青藏高原及周邊地區(qū)，從樹木年輪中就可獲取千年尺度的大氣溫度和降水變化代用資料;南北極和青藏高原鉆探的冰芯和巖芯包含了長達(dá)數(shù)億年以來的全球變化記錄。科學(xué)家對南極東方站和DOME-C冰芯進(jìn)行的同位素、氣泡成份及微量物質(zhì)的研究，就獲得了近42萬年和近74萬年以來南極地區(qū)溫度和CO2等痕量氣體濃度變化的信息。科學(xué)家通過對南極企鵝糞、海豹毛等沉積物中的元素的分析，發(fā)現(xiàn)了近幾千年來企鵝、海豹數(shù)量的變化及其與冰蓋進(jìn)退、環(huán)境變化之間的關(guān)系。極地是地理和地磁極點(diǎn)所在地，因此也是進(jìn)行有關(guān)極光和電離層、磁層、平流層-對流層相互作用探測和日地關(guān)系研究的絕佳場所。

地球三極地區(qū)的氣候變化了？

全球政府間氣候變化委員會（IPCC）第5次評估報告指出，1880—2012年全球平均溫度已升高0.85℃，全球氣候變暖已是一個不爭的事實(shí)。在全球變暖背景下，南極、北極和青藏高原地區(qū)的氣候和大氣環(huán)境也發(fā)生了明顯的變化。

在北極地區(qū)，最近幾十年發(fā)生了被稱之為“尤娜迷（Unaami）”的快速變化。“尤娜迷”在北極因紐特語中的意思為“明天”，將北極氣候環(huán)境的快速變化稱之為“明天”，有“不可預(yù)知”“不可控制”和“謎一樣的明天”之意。正如當(dāng)初用西班牙語“圣嬰”（El Nino）來命名南美西海岸東太平洋海水的異常增暖現(xiàn)象一樣，這也是為了引起人們的廣泛注意。

“尤娜迷”與北極大氣環(huán)流有關(guān)，是氣候變化的組成部分，它的變化對北極的生態(tài)系統(tǒng)與人類社會會產(chǎn)生很大的影響。北極地區(qū)是近百年來全球增暖最顯著的區(qū)域：在某些地區(qū)，20世紀(jì)最高變暖達(dá)5℃;格陵蘭冰蓋邊緣消融;海冰范圍和厚度均在減少。

?2003—2012年南北極冰蓋冰量變化（圖片來源 / IPCC AR5）

?近30年來南北極地區(qū)最小月海冰覆蓋面積的變化（數(shù)據(jù)來自美國國家冰雪資料中心）

?1979—2018年北極和南極春季（3月和9月）大氣臭氧分布（圖片來源 / https//ozonewatch.gafc.nasa.gov）

與北極地區(qū)顯著變暖不同，南極地區(qū)氣候變化的時空多樣性更強(qiáng)。近50年來，南極地區(qū)的顯著增溫主要發(fā)生在西南極的南極半島地區(qū)——大大超過了近百年全球平均增溫0.85℃的幅度;東南極大陸增溫并不明顯，個別年還有降溫趨勢。南極大陸冰蓋的融化，主要發(fā)生在西南極的南極半島地區(qū)，而南極大陸主體的東南極地區(qū)，冰量未顯著減少，有些地方冰量還在增加。近年來在西南極地區(qū)經(jīng)常發(fā)生的大范圍冰架融化和崩塌，在東南極地區(qū)也未發(fā)生。

在全球變暖背景下，青藏高原的氣候也在變化。最近幾十年高原地區(qū)的氣候顯著變暖，其平均增溫幅度較北半球和全球增溫的幅度還要大。有80%的冰川在退縮或已完全消失;冰川融水在增長，徑流量在加大，高原湖泊范圍在擴(kuò)大;青藏高原凍土（包括永凍土）也在快速衰減。

大氣臭氧層能大量吸收太陽紫外輻射，是地球生命的保護(hù)傘，全球大氣臭氧變化與全球變暖一樣，是人們廣泛關(guān)注的又一熱點(diǎn)。在春季，南極地區(qū)臭氧總量急劇減少，與周圍地區(qū)相比，就顯得南極洲上空出現(xiàn)一個臭氧低值的“空洞”，這就是南極臭氧洞。南極臭氧洞并不是全年都存在的，只在南極春季出現(xiàn)。

南極春季臭氧洞的出現(xiàn)，是大自然對人類敲響的又一警鐘。人類活動排放到大氣中的氟利昂和溴化烴等（含氯和溴）消耗臭氧層物質(zhì)，在平流層低溫條件下形成的冰晶云（PSCs）或液態(tài)硫酸氣溶膠表面，會通過光化學(xué)反應(yīng)消耗大量臭氧。而為光化學(xué)反應(yīng)提供活動界面的平流層冰晶云或液態(tài)硫酸氣溶膠，只有在溫度低于-78℃時才出現(xiàn)。只有這兩個必要條件同時滿足，才會形成臭氧洞。

北極春季平流層溫度高于南極春季，平流層冰晶云很少出現(xiàn)，不滿足產(chǎn)生臭氧洞的第二個必要條件，因此，北極沒有出現(xiàn)過臭氧洞。青藏高原上空，夏季出現(xiàn)的臭氧低谷與高原上空上升氣流的動力交換有關(guān)，且減少的數(shù)值小，遠(yuǎn)比不上南極的減少，根本不能稱之為臭氧洞。

南極、北極和青藏高原是我們地球家園最神奇和美麗的地方，對人類十分重要，地球三極的氣候已發(fā)生了變化，特別是南北極地區(qū)氣候變化的時空多樣性很難用單一的人類活動影響來解釋，因此還有大量的科學(xué)之謎需要我們?nèi)ヌ剿鳎诖銈兊募尤耄厍蛉龢O在召喚你們！