近期,南極地區傳來令人擔憂的消息,南極浮冰面積創歷史新低,同時氣溫也達到20年同期新低。這一系列異常現象引發了科學界和公眾的廣泛關注。從氣候系統的角度來看,全球氣候變暖本應使南極氣溫上升,但此次的低溫與浮冰減少形成了復雜局面。可能是大氣環流模式的改變,導致冷空氣在南極聚集;也可能是海洋溫度和洋流的變化,影響了南極周邊海域的熱量交換。這些因素相互作用,使得南極地區的氣候格局發生了顯著變化。深入探究背后的原因,對我們理解全球氣候系統的運行機制至關重要。
20年來最冷的同期溫度和海冰面積歷史新低看似矛盾的兩件事正同時在南極發生。3月8日,法國與意大利聯合開設的南極科學考察站康宏站氣溫降至-62.1 °C,這是該站進入秋季后第一個低于-60°C的低溫,而在更早前的3月5日,俄羅斯南極科考站東方站氣溫降至-66.4°C,成為1984年以來最低的3月初的氣溫,該站的月度記錄是1982年3月23日和2020年3月21日創造的-75.3 °C。3月南半球開始進入秋季,南極開始入冬。而在更長的時間跨度下,在過去6個月內,以阿蒙森-斯科特站的氣溫為例,南極經歷了自21 世紀以來最冷的一段時期,與1991年-2020年同期溫度比,1月的溫度大幅偏低-3.4°C,11月偏低-3.2°C,最接近的9月也偏低了-0.5°C。
與此同時,南極海冰面積創下歷史新低,2月的面積僅為183 萬平方公里,南極海冰連續2年在夏季大幅消退,今年比去年 2 月 25 日創紀錄的季節性最小值還低 93000 平方公里,別林斯高晉海、阿蒙森海和羅斯海等西部和南部的海冰面積最低, NSIDC的監測圖可以更直觀的看到這一點(下圖紅色為低于平均值的海冰,藍色為高于)。
2023年2月南極海冰和常年同期差值 2023年2月南極海冰和常年同期差值
1979年來,科學家利用衛星南極洲 18000 公里海岸線周圍海域漂浮的冰量,這些靠近非洲大陸的邊緣水域浮冰每年都會發生巨大變化,每年 9 月海冰達到約 1800 萬平方公里的峰值,然后在 2 月下降到略高于 200 萬平方公里,曾經一度,南極海冰并沒有像科學家預測的那樣大幅降低,甚至看起來海冰的范圍似乎可能會略有上升,在 2014 年南半球冬季,南極海冰甚至創出了歷史新高,但至少現在夏季的海冰,南極正在向北極靠攏,長期而言,南極海冰在面積 1 月份呈下降趨勢,每十年減少了 2.6%。
最冷的氣溫和最少的海冰看似矛盾,出去全球變暖以外,背后可能指向了同一件事,即強勁的西風。這可以追溯到另外一個熟悉的名詞——臭氧層空洞,每年冬季南極上空活躍的極地渦旋就阻止了含有高濃度臭氧的空氣從外部進入南極,進而形成空洞,而在9月至12月,一般有50%以上的南極平流層臭氧被破壞,一個較為溫暖的平流層往往需要來自臭氧對紫外線輻射的吸收,因此減少的臭氧會加劇平流層的寒冷。
而同時眾所周知的溫室效應雖然提高了對流層和地面的溫度,卻降低了平流層的溫度,這兩個因素疊加導致了南極平流層渦旋和對流層緯向風進一步的增加,即所謂南極濤動,其是南半球大氣變化的一種低頻模式,在南大洋,除南極沿岸一小股流速很弱的東風漂流外,都是自西向東運動的南極繞極流,這些圍繞南極洲的強西風或低氣壓帶在正值時增強并接近南極洲;在負值時,西風帶向赤道移動。目前南極濤動長期處于正值,并且由于溫室氣體排放量增加,預計這種情況將繼續,目前南極濤動的平均水平處于過去 1000 年的最高水平。
南極濤動指數
南極平流層渦旋的增強導致了另外一個故事,位于南太平洋極南端,南極洲西部海岸附近的阿蒙森海低壓因此增強,其是一個位于南大洋的永久性低壓系統,被稱為永遠的颶風,該低壓往往在10月后的東移,此時南大西洋被高壓控制,南美洲對岸的南極半島以西氣壓降低,偏南氣流會給南極大陸的絕大多數地區帶來的嚴寒天和低溫,而溫暖的偏北氣流被帶往南極半島,那里變得異常溫暖,今年夏季半島西部和東部氣溫比長期平均值高 1.5 °C,這導致了西部浮冰大幅度減少。而在穩定而強大的西風帶之下,氣流從西向東沿緯圈運動,緯向環流增多,經向環流減少,冷空氣在極地活動不容易外溢,南極州變得有著更好的隔熱性,這可能是南極平均氣溫大幅偏低的一個因素。
而同時,在南極洲西部,別林斯高晉海和阿蒙森海刮起的強勁西風,將太平洋和印度洋中的名為極地深水的水團吹向南極大陸架,其是南大洋中體積最大的水團,比周圍的水團更溫暖、更咸,是由來自印度洋和太平洋的上繞極深水和來自北大西洋深水的下繞極深水混合而成,其略高于冰點的溫度和以及咸度,在增強的極地西風幫助下推向大陸架,在那里它融化了冰架的底部,破壞冰架的穩定性,海冰有著很強的反射性不易在陽光照射下融化,但如果“敵人”從根部挖起,那海冰只能乖乖就范了。雖然融化的海冰不會直接升高海平面,但海冰的最大作用在于緩沖風暴對附著在海岸上的冰的影響,海冰減少意味著更多海浪沖擊冰川前的冰架,波浪作用會削弱那些浮動的冰架,而這些冰架本身又穩定了它們后面陸地上的巨大冰原和冰川。
比如西南極冰蓋有著末日冰川之稱的思韋茨冰川Thwaites Glacier,它的水量足以使全球海平面上升半米,支撐其的Thwaites Ice Shelf浮冰架可能在未來10年內消失。而冰川的危機還在蔓延,在一般認為較為堅固的東南極冰蓋,康格冰川大部分冰架3月出現裂隙,一塊有維也納那么大的冰山開始漂移,這是有記錄以來第一個在南極洲東部坍塌的冰架,與能夠造成全球海平面上升3-4米的西南極冰蓋的相比,東南極冰蓋能夠最多造成52米的海平面上升,雖然這需要漫長的歲月才可能發生,但對于眾多受海平面上升影響的國家和區域而言,不可謂是一個重大的預警信號。
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