全面应对极地气候变化挑战

选择字号:   本文共阅读 2308 次 更新时间:2024-03-06 00:41

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翁榕  

 

根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告和《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》,未来百年,南极将持续增暖,西南极冰盖可部分或全部瓦解,导致海平面上升数米。南极周边海域海冰快速下降,表面白色的冰雪被深色的海洋或陆地取代。南极冷源减弱,势必将对整个地球的气候和环境进而对人类社会产生重大影响。围绕相关议题,本报记者采访了冰川学家、英国埃克塞特大学康沃尔校区副校长马丁·西格特教授(Martin Siegert)和中国气象科学研究院魏婷研究员。

南极爆发性增温值得警惕

《中国社会科学报》:南极气候变化会对地球产生什么影响?

魏婷:南极之所以重要,一方面是因为南极表面覆盖着地球上最大的冰盖,南极冰盖如果全部消融,全球海平面将上升约58米;另一方面是因为南极是地球的冷源,是全球气候的重要调节器。伴随着全球变暖和南极升温,近年来,南极极端天气事件频发,气温屡创新纪录。例如,2020年2月6日,南极半岛埃斯佩兰萨考察站观测到18.3℃的极端高温,创整个南极有观测以来最高纪录。2022年3月,南极发生有记录以来最强的爆发性增温事件,位于南极内陆的康科迪亚站气温在4日内升高49℃,于3月18日达到-12.2℃。南极的这些极端暖事件会影响南极冰架的形态结构,尤其是当气温达到融点以上且极暖状态维持较长时间的情况下,会导致南极冰架坍塌,造成全球海平面上升。

《中国社会科学报》:这几年,发生在南极洲的极端天气事件还有哪些?

西格特:全球热浪此起彼伏,南极也未能幸免。2022年南极经历的有记录以来最大规模的热浪,如果不是发生在3月,而是发生在比冬季稍暖的其他季节,就会导致中南极洲冰盖融化。这虽然并非必然对冰盖构成威胁,但至少表明,我们的地球正在经历剧变。2023年格外引人关注的另一个事件是,南极洲附近的海冰变少了。海冰是漂浮在海洋上的极薄冰层,海冰的冰量微不足道,不会导致海平面上涨。但海冰最重要的功能在于将太阳辐射反射回太空。雪和冰是非常明亮的表面。因此,被海冰覆盖的海洋表面会反射海面上的阳光,地球不会因此变暖。如果没有了海冰,海洋就成了黑暗的表面,并将吸收来自太阳的热量,进一步导致地球升温。因此,在极地地区,尤其是南极和北极,海冰对平衡地球温度而言是不可或缺的。海冰越多,南极就越能为地球降温;海冰减少,南极将会使地球更暖。去年我们观察到的南大洋海冰减少的冰量比过去150年来要多得多。这是一个连锁反应:海冰变少导致海面吸收额外热量,进而使得来年冬天海冰无法再生,地球进一步变暖。

极端天气事件的实例不胜枚举。再比如,100年前的人们不会看到南极洲下雨,而现在这个前所未见的奇观也出现在南极半岛。南极半岛记录的最高温度超过了18℃。这些异常严重的极端天气事件会对整个地球产生影响。

“北极放大效应”不容小觑

《中国社会科学报》:格陵兰岛冰盖表面物质平衡相关极端事件的演变特征有哪些?这些事件如何帮助我们理解冰盖动态的整体模式和趋势?

魏婷:格陵兰岛是地球上最大的岛屿,表面大约85%的面积覆盖着冰。格陵兰岛冰盖是仅次于南极冰盖的地球第二大冰盖,如果格陵兰岛冰盖全部消融,全球海平面将上升约7米。近年来,北极极端暖事件呈现出强发和频发态势,同时,格陵兰岛冰盖发生数次极端消融事件。2012年夏季,格陵兰岛的异常增暖导致96%的冰盖表面发生消融,格陵兰岛表面反照率创下历史最低纪录。2019年夏季格陵兰岛再次发生极端暖事件,大约90%的冰盖表面发生消融。2021年8月14日,格陵兰岛冰盖中央最高点观测到有记录以来的首次降雨,同时最高点气温持续约9个小时保持在冰点以上。这次伴随降雨过程的暖事件造成格陵兰岛冰盖表面发生极端消融,自有卫星记录以来消融量第二次超过80万平方公里,8月下旬冰川河流流量创下2006年以来的最高纪录。2022年7月,北极圈内再次出现罕见高温,温度一度升至32.5℃,格陵兰岛冰盖加速融化,日消融量多达60亿吨;同时,高温热浪席卷全球,欧美以及亚洲多国遭遇持续高温天气。

格陵兰岛位于北极圈内,近年来北极的增暖速率超过了全球平均值的4倍,被称为“北极放大效应”,因而格陵兰岛也是全球升温最快的区域之一。此外,格陵兰岛的降雪越来越多地被降雨取代。降雪有助于冰盖的积累增长,而降雨正好相反,会促进冰盖表面的消融。我们基于格陵兰岛观测资料和数值模式的研究结果发现,过去60年尤其是1990年以来,格陵兰岛冰盖表面的极端消融事件呈强发、频发态势,尤以格陵兰岛西南部极端消融事件增加幅度最大。

国际合作任重道远

《中国社会科学报》:《南极条约》等国际协议在应对气候变化方面起到了什么作用?

西格特:应对气候变化是南极治理的核心议题。南极不属于任何人,它的治理是通过南极条约体系进行的,南极研究科学委员会(SCAR)发挥着重要作用。56个国家签署了《南极条约》,承诺全面保护南极环境。“全面”一词在这里很重要,因为它的潜台词是“涵盖一切”,问题恰恰就出在这里。倘若南极与地球上其他地方相割裂,且其他地方发生的事情不会影响南极,那么可以说《南极条约》《关于环境保护的南极条约议定书》只适用于在南极开展的活动。如果是这样,这些协议就没有什么意义了。但南极与其他地方并不是割裂的,外界发生的事件会对南极产生影响。解释协议的方式很重要,因为有人质疑,明明南纬60度以北地区的活动也会对南极的环境产生影响,关于南极的环境协议怎么能只适用于南纬60度以南的活动?因此,如果各国认真兑现保护南极的承诺,就必须将其视为全球层面的问题,必须看到温室气体对南极的直接影响。

《中国社会科学报》:在南极气候科学领域,中外研究者之间的合作面临哪些机遇与挑战?

魏婷:自1980年起,全世界30多个国家已陆续在南极建立了超过200个人工和自动气象观测站。2024年2月7日,中国南极秦岭站作为我国在南极建设的第5个科考站建成并投入使用。这就可以看出,南极是全球科学家竞争与合作的重要场所,各国科学家都在这里开展着各自的科学研究,涵盖面十分广泛,包括气象观测、海洋观测、生态环境、矿产资源、海洋生物、天文学、生物多样性等诸多领域。据我所知,中外研究者在南极的合作包括数据共享、联合科学实验,以及借助联合项目开展南极冰盖变化、南极气候变化机理、南极碳库等方面的研究合作。

南极研究科学委员会于2021年启动了为期8年的“Ant-ICON计划”,提出了包括预测气候变化对南极各系统临界点的影响与风险等关键问题在内的研究主题,旨在通过科学研究和国际合作广泛探索南极在地球系统中的作用及全球气候变化对南极的影响。这对南极科学研究提出了新的合作机遇与挑战。与美国、俄罗斯、澳大利亚等极地强国相比,我国的极地科技创新水平仍然存在差距,在加强极地科技顶层设计和规划布局、提升极地科学研究能力方面任重道远。

《中国社会科学报》:南极极端天气事件如何凸显2050年实现温室气体净零排放的紧迫性?

西格特:南极起到为地球降温的作用,如果我们不保护南极,将加速全球变暖,加剧气候灾难。此外,存储在冰盖中的冰一旦融化,就不再是漂浮和覆盖在海面上的冰。南极洲庞大的冰量融入海洋后会导致全球海平面上升近60米。全球海平面上升1或2米将给沿海城市带来严峻挑战,对约10亿人的生活构成影响,使民众被迫搬迁。如果海平面在下个世纪内上升1米或2米,将严重威胁人类文明。只要我们尽快将温室气体排放量降到净零,这种情况就不会发生。否则,南极就会陷入危险境地。海平面上升将不再是厘米级别的问题,而是会以无法阻挡的方式增加,并延续数个世纪。如果不减少排放,我们将给未来几个世纪的人类留下棘手的问题。

极地科考逐渐深化

《中国社会科学报》:科学研究在应对南极环境挑战方面扮演什么作用?个人和国家可以采取哪些行动?

西格特:南极研究是特别的。此前,许多科学家受好奇心驱使,前往南极这片充满冒险气息和神秘感的净土。而现在,南极研究多了一份新的意义,即其对整个世界的重要性。科学家努力寻求科研发现,但更重要的是,要将新发现告诉所有人,将其独守于心中是无意义的。当然,除了与气候变化问题紧密挂钩以外,南极研究的另一重要之处在于,南极是地球上最应该被尽可能保持原始状态而不被破坏的地方。科学家们已经观察到,南极发生的变化会波及世界上最偏远的地区。他们必须告诉大众,当前人类在地球上的生活方式正在伤害着地球的每个角落,其中也包括南极这个美丽的大陆。

《中国社会科学报》:在南极科学考察中,中国运用了哪些先进的技术与方法监测和研究气候变化的趋势?

魏婷:极地环境恶劣、资料稀缺,获得第一手的观测数据是开展极地科学研究的前提。我工作的中国气象科学研究院从1985年开始就持续参加历次南北极科学考察,在极地资料稀缺区建设了超过25个观测站,数量位列全球第二。其中位于南极的长城气象站、中山气象台、泰山气象站、昆仑气象站和罗斯海气象站成为国家基本业务站,是中国气象局“全球观测”战略的重要组成部分,在世界气象组织南极区域气候中心的筹建中发挥了重要作用。此外,中国气象科学研究院还积极开展南极大气综合观测试验,派员挺进南极内陆冰盖进行科学考察,在环境极其恶劣的南极内陆地区成功安装了无人站,在泰山站布设了自主研发的无人大气环境观测系统。

南极特殊的环境对我们的气象观测设备也提出了巨大的挑战。为此,中国气象科学研究院几代科学家始终致力于极端环境监测与探测技术研发。例如,中国气象科学研究院自主研发的超低温观测系统,实现了南极低温、大风等极端环境下的连续稳定观测。在极地数据产品研制方面,我们基于自主获得的第一手观测资料,开展数据质量控制,开发了像PANDA自动气象站观测网络近地面气象要素产品、南极冰盖最高点Dome A区域气温遥感产品、南极长城站辐射遥感产品、南极极端指数产品等。此外,中国气象科学研究院还长期开展南极极端事件研究。例如2019年,我们在国际上率先开展了南极极端天气事件的研究,2022年南极爆发性增温事件发生后,又第一时间开展了针对此次极端事件的过程和机理研究。

《中国社会科学报》:您在论文中探讨过,由于冰架下冰腔的直接观测条件有限,可采用数值海洋模型来进行研究。请简要讲解一下。

西格特:影响南极气候变化的一个关键区域位于陆地冰盖、海洋和从南极大陆流入海洋的巨大漂浮冰块的交汇处。这是冰块融化大部分时候的发生地点,并造成了冰盖后退。融化发生在冰下,是由海洋热量而不是大气热量导致的,通过卫星观测可以看到,冰面因融化而逐步下沉。

但是,我们难以观测到冰架下的冰腔,即位于浮冰下的海洋洞穴。之所以困难,主要是因为这个区域通常距离公海海域数百公里,且其表面布满了冰隙,很难靠近。在该地区进行任何工作都很困难,导致冰盖系统中最重要的地方反而是南极研究最难以触及且最缺乏了解的部分。因此,我们需要借助模型来理解冰腔底下的活动。我们一直使用的模型还不错,但它们受到模型分辨率和海洋测深数据的限制。FIREDRAKE模型的作用是引入了一种更精确、分辨率更高的新的建模方式。该模型需要大量的计算时间,这是它的缺点。但在未来随着计算能力的提升和改善,像FIREDRAKE这样的模型的效果会更好。因此,我们可以预见在未来10—20年里,这种模型将有助于我们理解南极的复杂系统。

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