北極熱炸了

2021年08月12日11:00

來源:地球知識局

  作者:小凱

  校稿:辜漢膺 / 編輯:養樂多

  近來,北極的持續高溫引發了人們對氣候變暖的擔憂。高溫不但會對北極地區脆弱的生態環境構成重大威脅,也會影響全球氣候的穩定。

  此外消融的海冰不但會引發海平面上漲,也會釋放封鎖在冰層中的溫室氣體和遠古的細菌、病毒。

  北極的動物們是氣候變暖的早期體驗者

  (圖:shutterstock)▼

  北極又“發高燒”

  歐盟哥白尼計劃的衛星傳回的數據顯示,西伯利亞各地的地表溫度普遍超過35℃,在維克霍揚斯克鎮附近達到了48℃。西伯利亞的地表溫度記錄被打破,北極迎來了“令人難以置信的”熱浪。

  西伯利亞今年6月20日的地表溫度示意

  而當地的體感溫度和氣溫均刷新了歷史記錄

  (圖:copernicus.eu)▼

  需要注意的是,這裏所講的是地表溫度,而不是氣溫。地表溫度受到地表類型的影響更大,比如夏天的柏油馬路的溫度比草地的溫度要高得多,同時夏季白天的地表溫度也會大於氣溫。

  大家所說的夏季農村比城市涼快,也有地表類型的因素

  這也是現在城市基建越來越注重綠化佔比的一個原因

  (圖:微言青春2016/圖蟲創意)▼

  但是根據觀測記錄,北極一些地區的5月份平均氣溫已經達到了30℃,而這樣的溫度一般只會出現在夏季,北極的確出現了異常的高溫。

  最近幾年,北極高溫的新聞已經不止一次出現。2015年、2017年和2018年冬季,本應是北極在一年中最冷的時刻,北極圈內的北歐地區溫度卻到達零上,高出往年30度。

  2018年2月26日的全球溫度異常地圖

  可以看到北極溫度高於平均水平太多了。。

  (圖:climatereanalyzer.org)▼

  2018年夏季,歐洲多國持續受到熱浪侵襲,歐洲氣象網站“惡劣天氣(severe-weather)”數據顯示,位於北極圈內的挪威班納克在7月30日測到32攝氏度的氣溫。

  2020年8月,世界氣象組織(WMO)表示,西伯利亞地區超常和持續已久的高溫加劇北極野火的空前發生,碳排放量激增,7月下旬,西伯利亞部分地區氣溫再次超過30℃。似乎這幾年來,北極“高燒”總在複發,而且一年比一年嚴重。

  據多個氣象機構及俄羅斯官方證實

  西伯利亞野火的煙霧已經到達了北極,也是有記錄以來的首次

  (哥白尼 Sentinel-3 衛星於8 月 2 日獲取)

  (圖:copernicus.eu)▼

  除了溫度的監測記錄,北極海冰忠實的記錄了北極氣候的變化。在北冰洋上漂浮著廣闊的冰層,其厚度可以達到5m,被稱之為北極海冰。

  北極海冰的零散程度也能反映著氣溫的高低

  (圖:shutterstock)▼

  根據美國國家冰雪數據中心所收集的數據,北極海冰已呈長期縮減趨勢。相比20世紀末,夏季海冰面積減少了2.0*10^6km^2,冬季海冰的厚度則在過去30年間至少變薄了1.75m,相當一部分多年來不會完全融化的海冰(多年冰)轉變成了一年中融化又重新形成的季節性冰(一年冰)。

  自1970年代以來,北極常年海冰以每十年 9% 的速度減少

  這其中工業革命歷史悠久的歐美國家造成的升溫

  占了很大一部分的原因

  (圖:NASA-地球觀測站)▼

  每日海冰記錄(圖:NSIDC)▼

  北極“發燒”的病因

  那麼北極為什麼會出現這樣的高溫呢?我們首先來看看今年這次北極高溫的問題,為什麼維克霍揚斯克鎮一天中的最高溫度可以達到如此高,然後再從更長時間尺度,更大空間空間尺度上,從氣候學的角度看看北極變暖的問題。

  2020年是北極有記錄以來第二熱的年份

  而2021年剛過半熱浪持續撲襲而去

  有望刷新記錄(不是好事)

  (底圖:copernicus.eu)▼

  這次發生高溫地區主要受到持續維持的阻塞高壓的影響。阻塞高壓是指,在高空西風帶長波槽脊的發展演變過程中,在脊不斷北伸時,其南部與南方暖空氣的聯繫會被冷空氣切斷,在脊的北邊出現閉合環流,形成的暖高壓中心。

  高壓造成空氣下沉運動,而下沉運動中的空氣溫度會自然增加,被稱為絕熱升溫,同時下沉運動不利於水汽凝結形成雲雨天氣,晴朗少雲的天氣就導致地表接收的太陽輻射的增加而增溫。

  南方的暖氣流不斷北上,北方的冷空氣則南下

  脊處的氣壓較高,空氣以順時針下降形成反氣旋

  以至於此處水蒸氣難以凝結▼

  這段時間的西伯利亞上空形成了阻塞高壓,其移動緩慢,持續時間比較長,因此是造成這次俄羅斯薩哈共和國範圍內的高溫天氣的重要原因。

  從氣候學的角度來講,北極地區出現高出歷史平均溫度十幾度高溫的現象,可以被看作是極端事件。IPCC報告指出在全球變暖背景下,全球極端事件發生的概率將大大增加,因此我們需要從更大的視角觀察這次的氣候事件。

  第一,在全球變暖的大背景下,北極難以“獨善其身”。由於工業革命以來,人類向大氣中排放了過量的二氧化碳,而其溫室效應使得全球平均溫度在1880年到2020年間上升了約1℃。

  工業革命至今,大氣中的二氧化碳增量超過45%

  人類活動所需的能源排放了過多額外的二氧化碳

  其在大氣和海洋中將會持續數千年

  (數據參考:NOAA)▼

  從更長時間尺度來看,在地球的演化歷史中,如今的氣溫並不算高,我們處在氣候學家所定義的“冰室氣候”中,但是需要警覺的是,全球平均氣溫在最近100年的上升速度駭人聽聞,人類活動對於氣候變化的影響顯而易見。而發生在北極的變化顯著地“指示”了這一全球性的氣候變化。

  無論是不斷變遷的地質還是在冰室和溫室之間變換的氣候

  對地球來說都是正常的變化

  但只有極短的時間邦是適宜人類生存的

  人類無節製的工業活動只是在縮短這個時間而已

  (地質時間螺旋 圖:USGS)▼

  第二,北極放大效應加劇了北極變暖。本世紀以來,北極地區溫度增加的幅度是全球平均水平的2倍,這樣的現象被稱為“北極放大”現象。科學家提出了一些北極放大的成因,但還存在爭議,其中最主要的是海冰消融,大氣溫度,雲及水汽的反饋作用。

  在這60年里的增溫趨勢中

  北極得到大部分地區都高於地球其他地區,高達4℃

  北極的各種特點在氣候變化面前又反噬給了北極

  (圖:NASA GISS)▼

  先說海冰消融的反饋作用。更能反射太陽輻射的海冰變成了開闊的水面,導致海洋在夏季可以吸收更多的熱量,並在秋冬季釋放到大氣中,造成地面溫度的升高。氣溫升高又會使海冰更少,從而形成了正反饋作用,使北極增暖的信號被放大。

  冰蓋,海冰,雪面的反射率都遠高於水面和陸地

  海冰的消融擴大了高吸收率區域的面積,造成持續的變暖循環

  (數據僅作對比示意,不作最終解釋)

  (底圖:shutterstock)▼

  其次是大氣溫度反饋作用。北極地區接收了更多的輻射,溫度自然上升,而溫度升高後向外的輻射也會增強,從而重新達到平衡。但是溫度變化了多少則和其本身的溫度高低有關,根據普朗克定律,溫度越高,溫度的變化也就越大,所以在寒冷的北極地區的增溫也就會比溫暖的熱帶地區更大。此外,由於北極地區的增溫主要在大氣的低層,而熱帶地區主要在中高層,因此大氣增溫對於北極地表溫度升高影響更顯著。

  地球不同地區的熱輻射強度因溫度和吸收能量等而有差異

  (圖:science.nasa.gov)▼

  再次是雲和水汽的反饋作用。大氣溫度升高後,空氣中水汽的容量會增加,而且會使下墊面蒸發增加,這在較為寒冷的北極海域上尤為顯著。水汽作為比二氧化碳更高效的一種溫室氣體對北極地區的溫度貢獻很大。另一方面,由於大氣中水汽的增加也會帶來雲的同步變化,雲在北極地區往往扮演了反射太陽光而使北極地區降溫的角色。

  入射輻射有些會被雲層反射

  還有一部分被大氣吸收和被地球表面吸收

  (底圖:shutterstock)▼

  總的來說,在北極地區本來就被海冰覆蓋的冬春季,太陽輻射較弱,大量的太陽輻射本就可以被反射,雲的影響不顯著,而水汽的影響顯著,因此雲和水汽的反饋作用表現為使北極地區增溫;相反到了夏季和秋季,北極地區的太陽輻射增強,海冰消融後的開闊水面增加,雲的影響較冬春季更大,而云和水汽的總的反饋作用也就不顯著了。

  北極變暖對全球和我國氣候的影響

  北極地區的溫度異常絕不是愛斯基摩人減兩件衣服的事,而是關乎全球氣候的重要氣候變化,對於我們國家地區氣候也有這很重要的影響。

  第一,北極地區增暖使格陵蘭冰融化。在北極地區的世界第一大島——格陵蘭島上,超過180萬平方公里的陸地範圍內覆蓋著平均厚度超過2300米的冰蓋——格陵蘭冰蓋,其面積比兩個東三省面積還要大,如果其完全融化,海平面上升將會超過7米。

  格陵蘭冰蓋僅次於南極冰蓋

  兩個冰蓋包含地球上 99% 以上的淡水冰

  冰蓋積聚的雪量只要能與流失到海洋中的雪量相同

  其就會保持長期的穩定

  (圖:壹圖網)▼

  當然,在本世紀其融化量將不會有這麼大。根據科學家預測,在現在北極變暖的趨勢延續的情況下,在2100年北極地區年平均溫度增加達到1.3℃,格陵蘭冰蓋融化造成的海平面上升將達到18釐米。要知道,從工業革命(1850年)以來,海平面上升了25釐米左右,就已經給人類造成了巨大的麻煩。

  雖然每年同比歷史平均的地表融化和總融化面積略有不同

  但冰蓋的總體融化速度因全球變暖的影響而加快

  不久的將來,對人類生存空間的反噬也會更加嚴重

  (底圖:NSIDC)▼

  第二,北極變暖將導致永凍層消融。冰可以像水泥一樣,起著粘合劑的作用,把土壤粘合在一起,形成凍土。凍土的上層每年夏季會融化,冬季又凍結,被稱活動層;地表30~40公分之下才是永凍層,常年處在凍結狀態,而西伯利亞的很多地區的永凍層已經穩定存在數千年到幾萬年。

  活動層每年都可解凍再結凍,並不總是和白雪皚皚低溫相隨

  其融化屬於正常現象,

  而永凍層的融化就需要多年的氣候異常變化來背鍋了

  (圖:shutterstock)▼

  永凍層的融化導致其含有的有機物解凍,微生物開始分解這些有機質,釋放出大量二氧化碳,北極海底、濕地和湖泊下永凍層的融化則釋放大量甲烷氣體,而甲烷的溫室效應是二氧化碳的30倍。另一方面,永凍層中保存的遠古病毒和細菌將會被喚醒。新冠病毒給全人類帶來如此大的挑戰,很難想像更多未知的病毒和細菌將會使全球公共衛生體系面臨怎樣的難題。

  凍土融化過快會增加熱熔岩的面積,水也會流失或蒸發到空氣中

  植物資源等減少,壓縮動物生存空間

  儲存了巨大碳量的永久凍土融化

  又會釋放大量的溫室氣體加劇全球變暖

  (圖:壹圖網)▼

  第三,北極氣候變化顯著影響我國氣候。北極冬季的異常變暖和我們國家冬季寒潮密切相關。大家還對去年冬天的劇烈的寒潮記憶猶新,同時,去年的北極海冰夏季海冰達到了歷史第二少,標誌著去年北極是異常溫暖的。冬季的極地渦旋受到增暖的影響後變得不穩定,其對冷空氣的控制力就大大減弱,冷空氣在歐亞大陸上一路南下就帶來了去年冬天的劇烈寒潮。

  極地渦旋是北極上空平流層中的巨大寒冷風環流

  當被急流影響了穩定是導致冷空氣南下,造成北半球的寒潮

  (圖:NOAA)▼

  ( 2020年12月1日至2021年2月1日的極地渦旋)

  (圖:esa.int)▼

  還有研究表明,北極溫度升高導致北極-熱帶的溫度梯度減小,使得中緯度帶狀風減弱,進而使中緯度的天氣系統持續時間更長,極端天氣事件更多,比如發生在我國的乾旱、熱浪和嚴寒將更嚴重。也有人認為北極秋季海冰的減少是2008年中國1~2月的凍雨的主要原因。

  北極的氣候變化是人類對於全球氣候影響的縮影,北極高溫用更有力的方式給人類敲響了全球變暖的警鍾。在自然面前人類是渺小的,卻又是堅強、智慧和擁有無限潛能的。

  頻頻出現的千年一遇,有史以來

  都是在警示人類要和自然和平相處

  (圖:shutterstock)▼

  事實上,我們已經在治理氣候問題上做出了很多重要規劃,採取了很多實際行動。2016年起,由全世界178個締約方共同簽署的《巴黎協定》正式實施,力圖將全球平均氣溫相較工業革命前水平的上升幅度限製在1.5攝氏度以內。中國去年在聯合國大會上作出了“碳達峰”和“碳中和”的承諾,今年7月份就開放了全國碳排放交易市場。

  我們在應對“全球變暖”這個在一定程度上不可挽回的局面時,既需要時刻謹慎又需要保持自信。

  參考文獻:

  1.https://www.independent.co.uk/climate-change/news/arctic-circle-summer-global-warming-b1875285.html

  2.https://www.livescience.com/hottest-arctic-circle-temperature-ever-siberia.html

  3.http://www.cma.gov.cn/2011xwzx/spxw/201808/t20180804_475250.html

  4.http://www.adearth.ac.cn/article/2015/1001-8166-30-9-985.html

  5.http://www.adearth.ac.cn/CN/10.11867/j.issn.1001-8166.2019.03.0232

  6.http://www.cma.gov.cn/kppd/kppdrt/202101/t20210114_570122.html

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