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次到北極進行科學考察。科學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？

?三極標志性動物——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考察

?1988年，陸龍驊研究員在南極中山站進行首次氣象觀測

?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，則相當于地球平均溫度要升高12℃，這在近數千年內都是不太可能的。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害就與北極的冷空氣頻繁活動、路徑偏西及青藏高原南側和西太平洋的暖濕空氣活躍等有關。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生影響。

除了影響現在的氣候，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數億年以來的全球變化記錄?？茖W家對南極東方站和DOME-C冰芯進行的同位素、氣泡成份及微量物質的研究，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?？茖W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)現了近幾千年來企鵝、海豹數量的變化及其與冰蓋進退、環(huán)境變化之間的關系。極地是地理和地磁極點所在地，因此也是進行有關極光和電離層、磁層、平流層-對流層相互作用探測和日地關系研究的絕佳場所。

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。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?！坝饶让浴痹诒睒O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“不可預知”“不可控制”和“謎一樣的明天”之意。正如當初用西班牙語“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，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世紀最高變暖達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（數據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。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，是地球生命的保護傘，全球大氣臭氧變化與全球變暖一樣，是人們廣泛關注的又一熱點。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。

南極春季臭氧洞的出現，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，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，會通過光化學反應消耗大量臭氧。而為光化學反應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。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，不滿足產生臭氧洞的第二個必要條件，因此，北極沒有出現過臭氧洞。青藏高原上空，夏季出現的臭氧低谷與高原上空上升氣流的動力交換有關，且減少的數值小，遠比不上南極的減少，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之謎需要我們去探索，期待你們的加入，地球三極在召喚你們！