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撰文：刘小鸥
三月初，南、北极先后迎来了一年一度的“大事件”。卫星数据显示，南北极分别在3月3日与7日迎来了海冰范围的年度最小与最大值——2017年已是北极海冰连续第三年创下年度最大值的新低。与此同时，南极的年度最小值也“触底”新纪录。
卫星监测与海冰范围
美国国家冰雪数据中心（NSIDC）是科罗拉多大学与美国国家海洋大气局（NOAA）等机构合作建立的数据信息中心，同时受NASA资助。NSIDC对两极海冰连续的卫星监测可以追溯至1979年。除了海冰，它在各种极地与冰冻圈研究甚至大气候研究中都扮演着重要角色（未来可能会深受特朗普削减气候研究经费之苦）。
NSIDC报道的通常是海冰范围（sea ice extend），它与海冰面积（area）略有区别。每个海冰密集度大于15%的卫星网格单元即认定为“有冰”，有冰的网格单元面积即为范围。这种计算方法主要考虑到冰融季节中，卫星传感器对海面与表面有融水的海冰会有一定的判断误差。
图1. 例如，有4个尺寸为25千米x25千米的网格单元，海冰密集度分别为100%、20%、10%与3%（其中两个单元超过15%），则计算出的海冰范围为2个网格单元，即1250平方千米。
“低开低走”的北极
与经年累积下的冰川不同，海冰经历着季节性消长循环。北极海冰通常在3月至9月间融化，达到年度最小值后，随着北半球秋冬季节的到来逐月增长，直到下一年3月左右达到年度最大值。南半球的节奏则恰好相反。
除了温度这一重要因素，对于漂浮着的海冰来说，风向、气旋及海浪等因素也都影响着冰的消长与分散等状态，即总体的范围变化。
对北极而言，2016至2017年的秋冬增长周期中，整个北冰洋区域温度几乎始终高于1981年起的30年平均值，其间还有极端热浪来袭，都不利于海冰增长。加之2016年一整年海冰量总体偏低，在这种“低开低走”的局势下，2017年1月与2月的月均范围，均是有卫星数据以来的历史同期最低，也造成了连续第三年的年度最大范围破纪录的新低[1] 。
图2. 1979-2017年2月月平均海冰范围，北极海冰范围呈明显下降趋势。（图片来源：NSIDC）
同时，欧洲空间局克里塞特卫星（CryoSat）的数据表明，今年冬天北极的海冰厚度略低于过去四年[2] 。相关模拟也认为，今年整个北极的海冰总体积要小于同期[3] 。
“发挥”不稳定的南半球
相比于北极连续破纪录不同，前几年南极的海冰量相对不稳定，但总体呈增长趋势。2012-2014年甚至接连刷新了最高纪录。而去年9月后，南极海冰范围开始快速下跌，远低于历史同期。同年11月的月均范围低于长期平均值5.7个标准差。由于西南极较高的温度，阿蒙森海在2月几乎无冰，全南极的海冰范围也在3月3日创下历史新低[1] 。
图3. 过去几年12月至4月南极海冰范围变化，2016-2017年的周期海冰范围远低于历史同期。（图片来源：NSIDC）
自然还是人为？
数据能直观地反映变化。但目前关于气候变化的争论，大多并不在于变暖这一事实，焦点或许更多地在变化究竟是自然的还是人为造成的。确实，人类尚未诞生之时，地球也曾出现过两极无冰的极暖时期。因此近期的许多研究也将重点转向区分自然与人为因素的影响。
海冰的变化可以分为两个主要驱动因素：外部压力（如温室气体排放）造成的长期冰损，与内部气候变率带来的短期随机变化[4] 。3月初，一项由华人科学家丁庆华主导的研究通过大量气候与海洋模型发现，在北极，仅约三至五成的夏季海冰总体减少是由内部变率导致的[5] 。去年的另一项研究也得出结论：夏季海冰消失与人为二氧化碳排放存在线性关系[6] 。
大量研究已经表明，人类引起的气候变暖确实导致了海冰减少。目前，科学家仍在继续研究，力图揭开人为因素对长期海冰消失的影响。
也已经有学者对此充满担心——很可能在我们弄清一切之前，会有更多海域出现无冰情况，极地周围的航道将变得更加开阔，人类可能开展更大规模的石油与天然气的开采活动与其他经济活动。这也许会是一个糟糕的恶性循环[7]。
参考资料：
1. Vizcarra, N. (2017), ‘Arctic sea ice maximum at record low for third straight year’, NSIDC Analysis;
2. CPOM (2017), Sea ice volume and thickness, European Space Centre;
3. PIOMAS (2017), ‘PIOMAS Arctic sea ice volume reanalysis’, Polar Science Centre at University of Washington;
4. Swart, N. (2017), ‘Natural causes of Arctic sea-ice loss’, Nature Climate Change;
5. Ding, Q. et al. (2017), ‘Influence of high-latitude atmospheric circulation changes on summertime Arctic sea ice’, Nature Climate Change;
6. Notz, D. & Stroeve, J. (2016), ‘Observed Arctic sea-ice loss directly follows anthropogenic CO2 emission’, Science;
7. Borenstein, S. (2017), ‘Arctic sea ice dips to record low for winter’, phys.org.
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