南极冰雪圈的气候变化故事

叶谦，博士，北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室教授，曾任中国气象科学研究院兼职研究员，中国气象局华风影视集团高级顾问，世界气象组织北京2008年奥运会预报演示项目社会经济影响评价课题首席科学家。现任国际全球环境变化人文影响中国委员会（CNC-IHDP）副秘书长、国际全球环境变化人文影响计划（1HDP）主任特别顾问，IHDP核心计划综合风险防范计划执行主任。研究领域包括：卫星气候学，气候变化的社会经济影响及全球变化等。

虽然冰与雪作为水的固态形式，是地球水圈的组成部分。但是，由于冰雪在气候和生态环境中的独特作用，科学上特别将它们单列出来，与冻土一起，称之为冰冻圈。冰冻圈主要包括大陆冰原、高山冰川、海冰、季节性雪盖和冻土5个部分。我们知道，地球表面不同地区的温度是在水的冰点上下变化，因此，冰冻圈的面积也随温度的变化而变化。

南极洲总面积约1400万平方千米，占世界陆地面积的十分之一。作为唯一一个几乎完全被冰雪覆盖的大陆，它蕴藏着地球表面72%的淡水和全球90%的冰雪。据科学家测量计算，南极大陆冰盖的总体积超过2 800万立方千米，平均厚度达2000米。如果这些冰雪全部融化，全球洋面将升高60米，地球上的陆地面积会因此缩小2000万平方千米，相当于中美两国陆地面积总和还多。

也正是由于南极洲对气候变化的敏感性，以及它所可能产生的气候效应，使得科学界对南极冰雪圈与全球气候系统的相互作用关系极为关注。同时，随着技术的不断进步，对南极资源状况了解的深入，如何分配和利用南极洲丰富的自然资源，成为包括中国在内的许多国家和地区政府所高度关注。南极洲所发生的变化，尤其是有关南极冰架近年来快速崩裂的新闻报道最为吸引大众眼球。

南极大陆常年被冰雪覆盖。这顶巨大的“冰帽”，在自身重力的作用下，会以每年1～30米的速度，从内陆高原向四面沿海地区滑动，形成了数千条冰川。这些冰川人海处会形成面积广阔的大冰舌，科学家将其称之为冰架，也就是大陆冰盖向海洋中延伸的部分（图2）。在南极长达2.4万千米的海岸线就有大约7 500千米被终年不化的冰架所占据。

正常情况下，在上游冰川不断往下移动的挤压下，冰架会向外海方向推进。在这个过程中，冰架会由于表面和底部融化导致冰架变薄，而海水表面温度升高也会导致前缘形态变化，最终会发生崩裂。落下的冰架形成冰山，漂浮直至消融在南大洋中。据统计，每年都有数万个冰山从冰架上分裂出来，这些平均重10万吨的冰山总数超过21万座。冰山的融水作为大洋底部深层水体的主要来源，其冷却作用通过这些冰冷的水体在大洋深层的流动影响到热带和北半球温带地区的海水温度，进而极大地左右着大气环流运动。

然而，近年来所观测到南极半岛最大的冰架，也是世界第4大冰架——拉森C冰架的崩裂事件却不是发生在边缘，而是从冰架的内部开始（图3）。卫星观测显示，拉森C冰架上出现了巨大的裂缝，目前的宽度已达1 000米左右，而长度更是超过160千米。当这个裂缝最终达到冰架的边缘时，就会发生断裂，进而有可能导致整个冰架从南极冰盖上脱离。让科学家们更为担心的是，当冰架完全脱离后，是否会发生原本在大陆上缓慢稳定推进的冰川由于失去冰架的阻挡而突然大量快速进入到海洋，从而导致海平面上升的极端情景的出现。

虽然目前科技界普遍认为拉森C冰架崩裂与南极半岛的气候变暖有关，但与此同期，南极海冰却不断增加。观测发现，自1979年以来，南极海冰覆盖的区域每年约增加1.2%。2015年4月，海冰范围创历史新高，比2014年的记录多了大约19万平方千米。海冰的增加给南极科考帶来了新的困难。2013年圣诞节前夕，俄罗斯科考船“雪卡斯基号”被困南极，而一艘前往营救的澳大利亚破冰船也曾一度被困南极海冰之中。

总之，科学家对于南极冰雪圈与气候变化之间的关系仍然还有待于进一步观测分析。目前科学家借助南极大陆所拥有的深达数千米的冰盖，已经获取了过去80万年来的全球气候环境变化记录。未来一方面将通过继续对南极冰盖进行钻探获取更久远的气候环境记录，另一方面，还要通过对南极冰盖气候环境区域分异、地球化学分带等方面的综合研究，为揭示南极气候环境变化的历史和预测未来气候环境变化提供依据。