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从南极冰盖寻找气候变化的答案

2020-12-14 10:15:18    来源: 中国自然资源报    作者:邵思跃

日前,在南极的乌克兰科考站附近,出现了粉红色的“血雪”现象,雪地一夜之间染成大片腥红色。科学家表示,这是极地雪藻从休眠状态苏醒并迅速繁殖的结果。而这样的景象,正是全球气候变化的反馈。

南极大陆面积约为1392.4万平方千米,其上覆盖着巨大的南极冰盖,冰盖面积约为1229.5万平方千米,总冰量约为2654万立方千米,占世界淡水储量的70%。随着全球变暖,南极冰盖正发生着快速变化,若全部融化可使全球海平面上升58.3米。南极冰盖巨大的冷储和相变潜热,以及对海平面上升的潜在作用,使其成为全球气候变化研究中最受关注的研究对象之一。

最新发布的《全球生态环境遥感监测2020年度报告》中的“南极冰盖变化”专题,基于卫星遥感技术,开展南极冰盖表面融化、冰架崩解和企鹅栖息地的大范围监测,进而分析南极冰盖表面融化、冰架崩解和企鹅栖息地分布的时空变化特征及其对全球气候变化的响应。

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崩塌式崩解后的达尔克冰川的三维影像图

南极冰盖变得越来越不稳定

南极冰盖表面融化是全球气候变化的敏感因子。随着全球气候变暖,南极冰盖融化产生的径流是预估未来南极冰盖和海平面变化的重要不确定因素。《全球生态环境遥感监测2020年度报告》显示,基于多源数据生成的南极冰盖表面冻融产品,近20年来,南极冰盖表面融化的分布、变化趋势及其对气候变化的影响呈现以下特点:

从空间分布上看,融化区域多分布于南极半岛及冰盖边缘地区,向南可发展到南纬85度的高纬地区;从季节分布上看,南极冰盖融化现象多发生在南半球夏季(12月至次年2月),但在极端气候影响下,南极半岛在寒冷的冬季也会发生融化。本世纪以来,南极冰盖融化总体呈增加趋势,且冬季焚风事件的增加和异常环流现象造成了融化趋势增强。根据预测,未来南极冰盖表面融化将会增加,尤其在西南极和南极半岛地区,融水径流造成物质损失增加,对海平面上升的影响将变得显著。

“南极冰盖变化”专题编委会执行主任、中山大学测绘科学与技术学院院长程晓告诉记者,研究发现,南极冰盖在近20年来有19%的区域都发生过融化。通过计算可以得出,南极冰盖每年的崩解量非常大,其中一次特别大型的崩解发生在2017年,崩解后形成的冰山面积相当于一个上海市。

“南极冰盖表面融化和前端的崩解非常剧烈,这预示着在全球变暖的背景下,南极冰盖变得越来越不稳定。”程晓表示,今后在地球观测组织的框架下,需要各成员国及国际组织共同努力,充分发挥南极地区国际对地观测遥感数据获取的潜在优势,进一步加强资源共享与合作研究,提升人类对南极环境与气候变化的认知,为联合国2030年可持续发展目标实现作出更大贡献。同时,目前对南极冰盖变化的认知还处于初步阶段,各国还需要通力合作,研制极地卫星,构建极地观测网络,实现对极地冰盖变化的高分辨率、多传感器的实时监测。

近五年冰架崩解明显加剧

冰架是冰盖延伸入海洋的部分。南极海岸有四分之三连接着冰架,冰架总面积为154.2万平方千米。南极冰架是连接内陆冰盖和南大洋的纽带,也是南极整个冰盖消失最快、最敏感的区域。

“南极冰盖变化”专题报告编委会执行主任、武汉大学教授王泽民告诉记者,冰架的崩解本身是个自然现象,正常来讲是一个平衡的循环过程。但由于全球气候变暖,导致冰架崩解无论从频次还是崩解量,都有加快的趋势。冰架本身具有阻止冰盖往海上流动的作用,如果冰架过快的崩解,就会使冰盖流速加快,更多地流向海洋,导致海平面上升。近年来,科学家们将理解冰架崩解过程视作准确预测冰冻圈对未来气候强迫响应及海平面变化的关键环节,利用以人造卫星为主的航天遥感平台和以无人机为主的航空遥感平台,开展全球范围内对南极冰架崩解最全面、最精细的观测,为研究南极冰架的稳定性及其对全球海平面变化的影响提供重要的数据基础。

从《全球生态环境遥感监测2020年度报告》可以看到,2005年~2019年,南极冰架崩解面积在1平方千米以上的崩解事件共发生1786次,年均崩解面积3411平方千米。崩解频次、面积和质量在2005年~2015年间变化相对平缓,2015年~2019年急剧增加,年均崩解质量较前十年增加了60%。

此外,南极大型冰架持续向外扩张,崩解频次低。而南极半岛、西南极和东南极威尔克斯地的中小型冰架退缩显著,崩解频繁,是南极崩解的“主力军”。专家表示,冰架底部融化加剧、冰盖表面融化加速和海冰减少使得崩解呈现明显加剧趋势,大气和海洋的增暖是主要驱动因素。

冰盖融化对企鹅产生多方面影响

南极冰盖的变化,是否会对南极生物产生影响?对此《全球生态环境遥感监测2020年度报告》重点分析了被誉为南极生态系统的指示物种——企鹅,总结出南极帝企鹅栖息地时空分布特征和典型岛屿的阿德利企鹅数量变化特征,及其对气候变化和冰架崩解的响应。

根据该报告,2000年、2014年和2018年南极帝企鹅栖息地呈环南极分布,主要位于南极固定冰上,栖息地数量总体保持稳定。帝企鹅栖息地分布受温度、海冰、捕食和冰架崩解等综合因素影响。冰架崩解会改变帝企鹅的生存环境并对食物链产生影响,进而引起种群数量变化和栖息地变迁。相比于1983年,2012年罗斯海地区恩克斯堡岛阿德利企鹅数量增加了23.7%,栖息地面积扩大了106.3%。2018年相比于2012年,企鹅数量增加了15.6%,栖息地面积缩小了3.2%。随着企鹅数量增加,企鹅栖息地呈现向高海拔地区扩展的趋势,海冰范围和食物量增加是企鹅数量增加的主要因素。

据程晓介绍,企鹅是一个非常脆弱的物种,受气候变暖和冰的变化影响非常大。因为企鹅需要从海洋里捕食鱼和磷虾,因此冰的退缩、海冰和冰架的变化必然会对企鹅生存环境产生影响。另外,冰架崩解产生大的冰山,会随着洋流漂浮。如果挡住了一些企鹅下海的路径,就会对整个企鹅群落的觅食造成很大的影响,进而导致企鹅大批的死亡。

不过,程晓也表示,冰盖融化对企鹅的影响是两方面的。“个头比较小的阿德利企鹅生存在近岸的岩石上,南极变暖导致冰面退缩后,阿德利企鹅生存空间更大了,进入海洋也更容易了。但个头较大的帝企鹅生活在海冰面上,海冰的退缩会让帝企鹅的生存愈加艰难。”程晓说。

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