南极海冰范围在近几年持续下降,创下了近45年来冬季最低值。根据统计数据,南极海冰范围比1981年至2010年的平均值低了260万平方公里。此次的记录已经连续第七年出现,是一个新的纪录。
过去的观测显示,自1979年以来,南极海冰范围的变化并不明显,并且存在较大的年际变率。根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)于2021年发布的第一工作组报告,他们谨慎地认为这一低值仍然在自然变率范围内,可能属于年代际振荡。
然而,IPCC报告发布后过了数年,南极海冰范围持续下降且幅度非常大,特别是在全球变暖的背景下,引起了更多的关注。相比北冰洋周围的大陆锁定,南极海冰范围受到复杂过程的影响,因此当前的数值模式在南极的预测效果较差,很难准确地再现观测数据。
未来南极海冰范围的走势一直是人们关注的问题。根据IPCC的预测,在中高排放情景下,南极海冰范围在21世纪中后期将明显减少。然而过去的七年已经出现了异常的情况,这超出了预期。因此,人们难以确定南极海冰范围持续下降是否已经成为新的常态,并且是否与人类活动有关。当前还没有足够的证据表明温室效应是南极海冰范围变化的主要因素,这归因于南极复杂的大气-海洋-海冰反馈机制。
南大洋是吸收大气热量的重要区域,通过翻转流将热量带入海洋深处,这延迟了海表对全球变暖的响应。另外,各种反馈机制、海冰边缘涡流变化、大气干燥等因素也对南极海冰范围的变化起着重要作用。
需要注意的是,近几年南极海冰范围的减小并不均匀,在西南极洲外围的别林斯高晋海地区变化最为显著。通过对区域大气环流和大气遥相关的分析,有4个因素可以解释南极海冰范围减小的原因:南半球环状模式/南极涛动持续正位相、连续发生拉尼娜事件、年代际太平洋涛动处于负位相、大西洋多年代际涛动处于正位相。这些因素导致阿蒙森海低压加强并向南移动,从而影响了别林斯高晋海和南极半岛东侧海冰。
从海洋因素来看,南大洋海表温度异常升高,加上西风带加强和南移的影响,导致埃克曼上升流增强,进而促进次表层暖水向上输送,导致海冰融化。
此外,冰雪反照率效应也是一个重要因素。春夏季海冰持续减少导致南大洋吸收太阳短波辐射增加,进一步阻碍了秋季海冰的生成。南大洋的增暖在阻碍冬季海冰增长中扮演着越来越重要的角色。
还有研究表明,大气河可以通过热力学过程显著减少边缘海冰区的海冰,并且会带来温暖、潮湿和多云的天气,从而促进冷季海冰融化。然而,这种影响在夏季有限。
海冰减少会带来一系列问题。海-冰-气相互作用的改变将改变大气和海洋中的能量和物质分布,产生显著的区域影响和大尺度效应。南大洋是吸收大气二氧化碳的重要碳汇区,海冰减少会导致南大洋洋面直接暴露在大气中,引起海洋酸化,进而影响海洋浮游生物和食物链,会对海洋生态系统产生重大影响。此外,喜寒的冰上动物也会因温度上升和失去海冰而面临困境。
然而,目前对南极海冰的研究还没有取得实质性的突破,这主要是由于观测数据不足、数值模式性能差以及归因研究的难度导致的。目前虽然难以确定温室气体辐射对南极海冰的影响,但大气环流异常和海洋异常对南极海冰范围变化的影响是明显的,而这些异常变化可能隐含着人类活动的因素。
如果阿蒙森海低压、西风带南移、大气遥相关、海温上升等因素能证明南极气候变化与人类活动有内在关联,那么科学家们不仅要关注温度本身,还需要关注环流调整。如果南极尤其是西南极和南极半岛地区持续变暖,它将成为地球系统中的一个危险成员,不仅海冰范围在变化,南极冰盖中的部分冰也将变得不稳定。未来不排除会发生使海平面大