北極海冰減少與東亞極冷事件的背后

周春江　羅德海

說到北極你會想到什么？無邊的冰雪、漫長的冬季、被海冰覆蓋的白色海洋……一直以來，這個面積廣大但人煙稀少的地區用她的美麗與神秘吸引著人們的目光，從對北極一無所知到開辟北極航道，這里一直激發著人類探索的欲望。

近年來，北極再次成為人們關注的熱點，但這次人們議論的不是令人神往的美景與未知，而是讓人揪心的現實：北極海冰面積持續縮小，正在不斷刷新歷史紀錄。

北極海冰持續減少，原因究竟為何

北極作為地球的頂點之一，人類為探知這個地區的真相付出了極大代價，探測手段也從原始的雪橇探險，發展為飛機測繪、潛艇、破冰船、無人設備的使用等。自1979年以來，衛星成為持續監測北極冰變化的可靠工具。

不斷進步的觀測技術帶來了更加豐富的數據，也讓全球變暖背景下北極海冰減少的事實無比清晰地呈現在世人面前：在過去的半個世紀中，北極的變暖速度約為全球變暖速度的2倍。北極海冰面積急劇下降，成為氣候變化的關鍵指標和“放大器”。氣候變暖加速了海冰融化，同時，總體冰減少造成反射的太陽光減少，進一步導致氣候變暖。

北極地區長期極為寒冷的氣候特點使該地區存在著終年不化的厚厚冰層，被稱為多年期海冰，它們用多變的形狀和低調的色彩展示著自己獨特的美。還有一些北極海冰則具有明顯的季節和年際變化：每年8—9月，北極冰蓋就會融化到科學家所說的“最小值”，隨著冬季來臨，海溫降低，北冰洋及其周圍海域的海冰覆蓋范圍就會擴大，到次年3—4月，海冰范圍達到最大。這些海冰會隨著海溫高低出現年循環過程，影響著北極周圍的生態系統以及北極航線的安全。

近幾十年來，北極地區海冰覆蓋面積大幅下降，對依賴于冰川生活的動植物和當地人群產生了極大的影響。同時，冰川的消逝還可以通過改變中緯度地區的天氣氣候模式和海洋環流，進而影響到更加遙遠的地區。

導致北極變暖和海冰融化的各種潛在物理機制以及相對重要性仍然存在很多爭議，這是因為，我們的地球系統是一個復雜的非線性相互作用的整體，各個圈層之間可以相互影響，比如時時刻刻在海洋上空奔騰不息但又“隱身”的大氣環流，就是造成冬季北極海冰面積減少的原因之一。

“牽一發而動全身”的天氣系統

冬季北極地區海冰減少主要有兩個關鍵區域：一個是北美高緯度地區（巴芬灣、哈德遜海峽及拉布拉多海），一個是巴倫支海-喀拉海附近。

其中，巴倫支海-喀拉海是歐亞大陸寒潮的發源地之一，是影響歐亞大陸冬季冷空氣活動的關鍵海區。近年來，北半球中緯度地區極端強寒潮事件頻發，不少學者認為是巴倫支海-喀拉海的海冰迅速減少引發了大氣環流的調整，進而影響到中緯度地區。

北半球的西風帶里，大氣運動并不是一條直線，而是呈波浪起伏狀。向北凸起的波峰稱為高壓脊，向南凹陷的波谷區就是低壓槽，脊的西面（即槽前脊后）一般吹西南風輸送暖濕氣流，脊的東面（即槽后脊前）一般吹東北風帶來干冷空氣。

有時，西風帶槽脊在發展演變過程中，脊不斷北伸，它與南方暖空氣的聯系被冷空氣切斷，于是在脊的北邊就會出現一個孤立的閉合暖高壓中心。它的持續時間通常都比較長，而且很少移動，阻礙著西風帶里上游天氣系統向東移動，于是稱之為“阻塞高壓”。

北半球阻塞高壓的形成與崩潰對我國的天氣和氣候有十分重要的作用：烏拉爾山阻塞高壓的崩潰經常在東亞造成大范圍的寒潮，鄂霍次克海阻塞高壓的維持是我國梅雨發生的重要的大尺度環流條件。

阻塞高壓是北半球中高緯重要的天氣系統之一，它的建立和崩潰常常伴隨著一次大范圍甚至半球范圍的環流形式的劇烈轉變。

中科院大氣物理研究所羅德海團隊從事了一系列針對冬季烏拉爾阻塞高壓與北極海冰相互關系的研究。他們的研究結果表明，在北極增溫的背景下，歐亞中高緯度地區的經向溫度梯度和西風減小，從而導致經向位渦梯度減少，在這種環流背景下，烏拉爾阻塞會表現出準定常（不移動）的特征，同時其持續性也會變長。盤踞在烏拉爾山和新地島上空移動緩慢的阻塞高壓通過向下的長波輻射，造成持久的海冰減少。最近20年，巴倫支-喀拉海海冰劇烈減少可能與準定常型烏拉爾阻塞的維持有關。同時，烏拉爾阻塞環流西側與上游北大西洋海平面氣壓場配合，有利于將低緯度地區暖濕水汽輸送到北極，造成巴倫支海-喀拉海地區的海冰持續減少;烏拉爾阻塞環流東側則將高緯度地區的冷空氣持續向歐亞中緯度地區輸送，使得該地區極端冷事件的發生頻率顯著增加。

一個尚未解開的謎團

科學家的研究結果表明，海冰減少和中緯度極端冬季之間存在關聯，但這并不意味著一個直接導致了另一個，而是兩者同時受到相同的大尺度大氣環流的影響。

地球各圈層間的相互影響有點兒類似于“雞與蛋溯源”。也許北極海冰減少不是亞洲冬季寒冷的直接原因，但是，大氣環流影響下海冰覆蓋面積的減少，意味著開闊水域面積的增加，這讓海洋在冬季向大氣釋放的熱量變得更多，也會進一步改變大氣環流，可能使寒冷冬季變得更加頻繁和嚴重。

隨著全球變暖問題日益嚴峻，對北冰洋整體海冰和各海區的變化，以及海洋-海冰-大氣相互關聯規律的認識變得愈發重要。

地球三極地區（北極、南極、青藏高原）受氣候變化的影響要高于全球平均水平。北極冰層變得越來越薄，越來越多古老而深厚的冰層正在消失，即使在某些短暫的冷空氣作用下，水域會重新結冰，但是新的冰層相對更薄、更脆弱，當溫度稍微回升，便會導致新的冰面“大開口”。變薄的海冰降低了海冰系統的穩定性，更具有流動性，隨著移動速度的加快，冰層更容易進入更加溫暖的海洋，然后融化。

而這發生在千萬里之外的事情并非與我們毫無關系，海冰范圍快速消退與亞洲極端寒潮事件如何關聯？是否會造成其他極端天氣出現？這一切都還屬于未知。

本文內容來自公眾號“中科院之聲”，ID：zkyzswx