來(lái)源：中科院之聲
說(shuō)到北極你會(huì)想到什么？無(wú)邊的冰雪、漫長(zhǎng)的冬季、被海冰覆蓋的白色海洋……一直以來(lái)，這個(gè)面積廣大但人煙稀少的地區(qū)用她的美麗與神秘吸引著人們的目光，從對(duì)北極一無(wú)所知到開辟北極航道，這里一直激發(fā)著人類探索的欲望。近年來(lái)，北極再次成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題，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(xiàn)實(shí)：北極海冰面積一再刷新最低記錄。
北極海冰持續(xù)減少，背后“黑手”究竟是誰(shuí)？
北極作為地球的頂點(diǎn)之一，人類為探知這個(gè)地區(qū)的真相付出了極大的代價(jià)，探測(cè)手段也從原始的雪橇探險(xiǎn)，發(fā)展為飛機(jī)測(cè)繪、潛艇、破冰船、無(wú)人設(shè)備的使用等等。自1979年以來(lái)，衛(wèi)星成為持續(xù)監(jiān)測(cè)北極冰變化的可靠工具。不斷進(jìn)步的觀測(cè)技術(shù)帶來(lái)了更加豐富的數(shù)據(jù)，也讓全球變暖背景下北極海冰減少的事實(shí)清晰無(wú)比地呈現(xiàn)在世人面前：在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)中，北極的變暖速度約為全球變暖速度的兩倍。北極海冰急劇下降，成為了氣候變化的關(guān)鍵指標(biāo)和“放大器”，氣候變暖加速了海冰融化，同時(shí)總體冰減少造成反射的太陽(yáng)光減少，進(jìn)一步導(dǎo)致氣候變暖。
北極地區(qū)長(zhǎng)期極為寒冷的氣候特點(diǎn)使該地區(qū)存在著終年不化的厚厚冰層，稱為多年期海冰，它們用多變的形狀和低調(diào)的色彩展示著自己獨(dú)特的美。還有一些北極海冰則具有明顯的季節(jié)和年際變化：每年8-9月，北極冰蓋就會(huì)融化到科學(xué)家所說(shuō)的“最小值”，隨著冬季來(lái)臨海溫降低，北冰洋及其周圍海域覆蓋的海冰覆蓋范圍就會(huì)擴(kuò)大，到次年3~4月海冰范圍達(dá)到最大。這些海冰會(huì)隨著海溫高低出現(xiàn)年循環(huán)過(guò)程，影響著北極周圍的生態(tài)系統(tǒng)以及北極航線的安全。
近幾十年來(lái)，北極地區(qū)海冰覆蓋面積大幅下降，對(duì)依賴于冰川生活的動(dòng)植物和土著人群產(chǎn)生了極大的影響。同時(shí)，冰川的消逝還可以通過(guò)改變中緯度地區(qū)氣候和天氣模式，海洋環(huán)流進(jìn)而影響到更加遙遠(yuǎn)的地區(qū)。導(dǎo)致北極變暖和海冰融化的各種潛在物理機(jī)制以及相對(duì)重要性仍然存在很多爭(zhēng)議，這是因?yàn)槲覀兊牡厍蛳到y(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性相互作用的整體，各個(gè)圈層之間可以相互影響，比如時(shí)時(shí)刻刻在海洋上空奔騰不息但又“隱身”的大氣環(huán)流，就是造成冬季北極海冰面積減少幕后“黑手”其中之一。
“牽一發(fā)動(dòng)全身”的天氣系統(tǒng)
冬季北極地區(qū)海冰減少主要有兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)域：一個(gè)是北美高緯度地區(qū)（巴芬灣、哈德遜海峽及拉布拉多海）；一個(gè)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發(fā)源地之一，是影響歐亞大陸冬季冷空氣活動(dòng)的關(guān)鍵海區(qū)。近年來(lái)，北半球中緯地區(qū)極端強(qiáng)寒潮事件頻發(fā)，不少學(xué)者認(rèn)為是巴倫支海-喀拉海的海冰迅速減少引發(fā)大氣環(huán)流的調(diào)整影響到中緯度地區(qū)。
北半球的西風(fēng)帶里，大氣運(yùn)動(dòng)并不是直直的一條線，而是呈波浪起伏式。向北凸起的波峰稱為高壓脊，向南凹陷的波谷區(qū)就是低壓槽，脊的西面（術(shù)語(yǔ)“槽前脊后”）一般吹西南風(fēng)輸送暖濕氣流，脊的東面（術(shù)語(yǔ)“槽后脊前”）一般吹東北風(fēng)帶來(lái)干冷空氣。
有時(shí)西風(fēng)帶槽脊在發(fā)展演變過(guò)程中，脊不斷北伸，它與南方暖空氣的聯(lián)系被冷空氣切斷，于是在脊的北邊出現(xiàn)一個(gè)孤立的閉合暖高壓中心。它經(jīng)常持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)而且很少移動(dòng)，阻礙著西風(fēng)帶里上游天氣系統(tǒng)向東移動(dòng)，于是稱之為“阻塞高壓”。北半球阻塞高壓的形成與崩潰對(duì)我國(guó)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(jīng)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(guó)梅雨發(fā)生的重要的大尺度環(huán)流條件。
阻塞高壓是北半球中高緯重要的天氣系統(tǒng)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(huán)流形式的劇烈轉(zhuǎn)變。大氣物理研究所羅德海團(tuán)隊(duì)從事了一系列針對(duì)冬季烏拉爾阻塞高壓與北極海冰相互關(guān)系的研究，他們的結(jié)果表明，在北極增溫的背景下，歐亞中高緯度地區(qū)的經(jīng)向溫度梯度和西風(fēng)減小，從而導(dǎo)致經(jīng)向位渦（PV）梯度減少，在這種環(huán)流背景下，烏拉爾阻塞會(huì)表現(xiàn)出準(zhǔn)定常（不移動(dòng)）的特征，同時(shí)其持續(xù)性也會(huì)變長(zhǎng)。盤踞在烏拉爾山和新地島上空移動(dòng)緩慢的阻塞高壓通過(guò)向下的長(zhǎng)波輻射造成持久的海冰減少，最近二十年巴倫支-喀拉海海冰劇烈減少可能與準(zhǔn)定常型烏拉爾阻塞的維持有關(guān)。同時(shí)，烏拉爾阻塞環(huán)流西側(cè)與上游北大西洋海平面氣壓場(chǎng)配合，有利于將低緯度地區(qū)暖濕水汽輸送到北極，造成巴倫支海-喀拉海地區(qū)的海冰持續(xù)減少；烏拉爾阻塞環(huán)流東側(cè)則將高緯度地區(qū)的冷空氣持續(xù)向歐亞中緯度地區(qū)輸送，使得該地區(qū)極端冷事件的發(fā)生頻率顯著增加。
一個(gè)尚未解開的謎團(tuán)
科學(xué)家的研究結(jié)果表明，海冰減少和中緯度極端冬季之間存在關(guān)聯(lián)，但這并不意味著一個(gè)直接導(dǎo)致了另一個(gè)，而是兩者同時(shí)受到相同的大尺度大氣環(huán)流的影響。地球各圈層間的相互影響有點(diǎn)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(huán)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更多熱量，這將進(jìn)一步改變大氣環(huán)流，可能使寒冷冬季將變得更加頻繁和嚴(yán)重。隨著全球變暖問題日益嚴(yán)峻，對(duì)北冰洋整體海冰和各海區(qū)的變化，以及海洋-海冰-大氣相互關(guān)聯(lián)規(guī)律的認(rèn)識(shí)更為重要。日前， IOP出版社公布的“中國(guó)高被引文章獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)名單中，就包括了大氣所研究員羅德海及其合作者關(guān)于北極海冰減少系列研究中的一篇文章 Atmospheric circulation patterns which promote winter Arctic sea ice decline ，是此次環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域僅有的兩篇高被引論文之一。該文章于2017年發(fā)表在 Environmental Research Letters 期刊上。
三極地區(qū)（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(lái)越薄，越來(lái)越多古老而厚的冰層在消失，即使在某些短暫的冷空氣作用下水域重新結(jié)冰，但是新的冰層更薄、更脆弱，當(dāng)溫度稍微回升便會(huì)導(dǎo)致新的“大開口”。變薄的海冰降低了海冰系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更具有流動(dòng)性，隨著移動(dòng)速度加快，冰層更容易進(jìn)入更加溫暖的海洋，然后融化。而這發(fā)生在千萬(wàn)里之外的事情并非與我們毫無(wú)關(guān)系，海冰范圍快速消退與亞洲極端寒潮事件如何關(guān)聯(lián)？是否會(huì)造成其他極端天氣出現(xiàn)？這一切都還屬于未知。
聯(lián)系客服
