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南北兩極在氣候變化中扮演怎樣的角色

  極地,包括南極和北極,是地球系統的重要組成部分,它直接影響全球的大氣環流、大洋環流和氣候變化。

  南北兩極的地形完全不同。南極是一塊白色的大陸,一般稱為南極洲,整個大洲幾乎全部被巨大的冰層所覆蓋,冰含量占全球總冰含量的90%左右,假如這里的冰全部融化并流入海洋,那么全球的海平面將上升60~80米,也就是說目前海拔低于80米的陸地都有可能被淹沒而變成汪洋大海,想想這是多么可怕的景象。與南極相比,北極則是一片冰冷的大部分被冰雪覆蓋的洋面,一般稱作北冰洋。但兩者也有一個共同的特點,那就是寒冷,比如北極在1月的平均氣溫在-40~-20℃,最暖的8月平均氣溫也只有-3℃;南極相對于北極更加寒冷,全洲年平均氣溫低于-20℃。

  北極作為全球氣候變化的驅動器之一,是全球氣候變化最為靈敏的響應器。最近40年,北極增暖速度約為全球平均水平的2倍,這一現象被稱為“北極放大”,因而極區被稱為氣候變化的放大器。更加溫暖的寒極改變了地球熱機的運行模式,從而影響了整個地球氣候系統。關于造成北極放大的物理過程和機制,被許多人廣為接受的一種理論是地表反照率反饋機制。而這種地表反照率的反饋機制是通過海冰來對極區及全球的氣候系統產生影響的。簡單來說就是海冰的高反照率會將大部分的太陽入射輻射能量反射回大氣和太空,減少地球表面吸收的能量,從而保證地球維持適宜的溫度。

  全球氣候變暖在北極地區最直接的體現就是北極海冰總量及覆蓋面積的不斷減少,近40年,夏季北極海冰范圍以每10年3.8%的速度快速減小。通過衛星記錄對比發現,北冰洋海冰范圍的最低值出現在2012年9月16日,為3.41×106千米2。北極海冰減少直接導致表面反照率下降,海洋吸收熱量增多,進而加劇海冰的融化。北極海冰的持續減少也導致北極對全球增暖的放大效應越來越明顯,這進一步加強了北極與中低緯度之間的聯系,導致了極端天氣氣候事件或是氣象災害的發生更加頻繁,這一點在東亞和北美中、東部區域表現得最為突出。比如2008年年初,我國南方出現的歷史上罕見的雨雪冰凍災害;2008年12月至2009年年初,我國經歷的嚴重的旱災;2010年秋冬季節,我國華北大部、黃淮及江淮北部降水量普遍較常年同期異常偏少,冬小麥受旱面積超過1億畝(1畝=0.0666667公頃),導致幾十萬人畜飲水困難。而秋冬季節北極海冰的異常偏少,造成冬季歐亞大陸容易出現冷冬。到底北極海冰融化如何影響冬季中緯度地區的天氣過程變化(尤其是季節內變化過程),包括極端天氣事件,是目前很多氣象學家關注的焦點問題和研究的熱點問題。

  與北極相比,南極氣溫變化存在明顯的時空差異。20世紀50年代以來,南極半島和西南極升溫最為顯著,其他地區氣溫變化則相對較小。通過分析長城站和中山站有觀測以來20多年的氣溫觀測資料發現,我國長城站四季平均氣溫呈上升趨勢,中山站春、冬季降溫明顯。

  由于氣溫升高導致的南極冰蓋物質融化的加劇會帶來兩方面后果。一是會使輸入到海洋中的淡水持續增加,改變溫鹽平衡作用(海水的溫度和鹽度在正常情況下保持一種平衡的狀態。當海冰形成時,海水中的部分鹽分會析出,導致海洋表層水鹽度升高;當海冰融化時,又會釋放大量的淡水,這種海水的析鹽和淡化過程會對大洋的溫鹽環流的形成和循環的強度產生影響)。數值模式的模擬結果預測,未來冰蓋的融化將增加全球溫度的可變性。年際溫度增強的可能性相比于逐漸變暖會導致更廣泛或者更頻繁的熱浪。二是加速海平面上升,而海平面上升被認為是未來氣候變化最嚴重的結果。南極海冰的變化會對極地氣候產生影響,進而影響全球的氣候系統,并對我國的氣候變化產生影響。人們猜測,在氣候不斷變暖的情況下,冰蓋融化所造成的海平面上升將會加速。由于氣候變暖,南極冰蓋可能比預期變化得更快更顯著,因此預估在未來100年或是更長時間里冰蓋的變化都將是一個有挑戰和趣味的問題。

  近些年來,隨著科學技術水平的提高和經濟實力的提升,南極和北極也早已經不是“人跡罕至”之地,越來越多的科研工作者甚至旅游團都在頻繁踏上這兩片“人類凈土”,合理開發利用北極和南極,為人類造福是好事,但在過程中一定要好好愛護環境。總之,南北兩極既是全球氣候的“穩定器”,又是全球氣候的“響應器”和“變速器”,我們一定要加倍珍惜和保護。

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