温室效应的反例：南大洋是地球上变冷最显著的地方

                          杨学祥，杨冬红（吉林大学）

南极洲是地球上最冷的地方？但是它的冰融化比北极还多，因素多

原创环球科学猫6小时前

在科学中，我们都知道地球的两个地方比较冷，一个就是南极，还有个就是北极。这个两个地区承载了地球上几乎全部的冰川，但是随着气候的改变，南北极的温度不断上，这些区域冰川也在逐步的融化之中。根据NOAA最新科学报告显示，尽管南极洲的温度比北极地区更加的低，但是南极洲失去的冰川却比北极地区还要多，这导致南极洲数十亿吨的冰损失。并且它对未来对变暖的空气和海洋的反应可能会产生全球性后果。

1、南极洲与北极之间的差别

对于南极洲来说，南极洲可能受到海洋区域的影响较为严重，因为它被广阔的海洋所包围，南极洲从60°S延伸到南极。南极洲的大部分地区是位于赤道以南66°33'39“的南极圈内。一般科学家们也给予了南极洲3个划分，就是东南极洲，西南极洲和南极半岛。而北极就不一样了，北极并不是被海洋包围，而是陆地所包围。

从地理位置上来看，我们就可以想到，北极更加集中于陆地气候的影响，海洋暖流推动性质不大。而南极洲还有个特点就是，南极的山脉较高，并且冰也比较厚，南极海拔平均超过6000英尺（约1.8公里）。靠近东南极洲中心的冰盖最高部分与最高的山峰相媲美，高度接近13500英尺（约4.1公里），而相差的部分多数都是由于冰山所堆积，所以南极洲也更加容易受到太阳光的照射。

2、南极与北极的温差

首先我们要知道的是南极和北极都是一样的冷，不过南极洲可能才是地球上最冷的地方，根据美国南极测量数据显示，南极站给出的南极洲夏季平均温度为-18°F，冬季月平均温度为-76°F。这些温度比北极的温度要低得很多，冬季平均温度为-40°F，夏季平均温度为32°F。所以说南极洲确实要冷些。南极的冰虽然很多，但是整体的降水量非常的少。

根据美国南极报告显示，南极洲每年平均降水量大约为2英寸（约5厘米），但是，在海岸附近飓风，强风可能会使南极大陆陡峭的边缘降下强降水，从而使得降雪在南极洲的部分区域达10英尺（约3米）的高位！而科学报告给出该大陆最寒冷的地区，也是位于南极半岛和南极洲西部的北部海岸，所以它跟海洋关系非常的大。

3、南极洲气温变化更大

全球变暖已经是一个事实，整个地球的温度都在发生改变，南极洲与其他大陆也是一样，受到气候影响的变化比较明确，根据科学数据统计显示，在多项研究报告称，西南极洲气温上升明显。2013年研究报告指出，1958 - 2010年间气温上升了4.3±2.2°F。而在2014年，科学家们重建了1958年至2012年的南极温度变化表，发现南极洲西部的年气温每10年上升0.40±0.22°F，而南极半岛每10 年上升达到了0.59±0.31°F。

从个这里可以看出来，温度的上升一直没有变化，但对于偶然性的降温趋势，科学家们也分析了可能是由于到达大陆内部的温暖海洋气团较少。影响南极温度上升的还有个影响就是跟“臭氧空洞”存在一定的联系，不过这么多年来，在全球人类的共同努力之下，“臭氧空洞”得到了好转，但是全球变暖似乎并没多大的改变。

4、海冰覆盖至变化较强

南极洲受到海洋暖流的影响较大，我们也可以想到肯定是夏季海冰覆盖量是小于北极的，冬季覆盖较大。根据科学数据统计显示，在1981年至2010年期间，南极海冰在冬季最大值（通常在9月份）平均超过700万平方英里（约18129917平方公里），而在夏季最低值，通常在2月底或3月初，平均约为100万平方英里（约2589988平方公里）。

所以说，与北极相比，气候变化确实影响最大的，在2015年，科学家们就发出公告，在南极海冰在某些季节不足以抵消北极的损失，所以比南极虽然冰多，但是消失的也是更快，甚至没有北极的海冰多，这就是其中的原因，在全球范围，海冰不断下降的同时。在2019年初我们仍然看到了海冰偏小情况的存在。

整体上来说，南极洲之所以出现更冷但是融化也是最多的情况，就是因为海洋暖流影响较大，当然其他因素也多，其次就是冰架的不稳地也在南极洲逐步出现了，通过科学家们的模拟数据显示，虽然东南极洲在1992 - 2011年间获得了14±43亿吨的冰，但是西南极洲损失了65±26千兆吨，南极半岛损失了20±14千兆吨。获取到的冰远远没有失去的更多，加上全球变暖推动海洋温度的上升，这又是一个推动南极洲冰川损失的因素之一，所以北极能够保存更多冰川也是少了海洋区域的影响。

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不同凡响的另类解读：南大洋是地球上变冷最显著的地方

南大洋（Southern Ocean）是环绕南极大陆的海洋，其最大特征是，它的温度变化曲线（上文图4）与全球温度变化曲线有显著的不同。

图8 1860-2010年全球温度变化曲线

图4和图8相同的地方为：1890-1924年拉马德雷冷位相时期在曲线谷值，1925-1946年拉马德雷暖位相时期在曲线峰值，1947-1976年拉马德雷冷位相时期在曲线谷值，1977-1999年拉马德雷暖位相时期在曲线峰值。

不同的地方是，2000-2010年拉马德雷冷位相时期图4出现了明显的谷值，图8却仍在高位震荡。这表明，在全球气温持续变暖（有波动起伏）的背景下，南大洋是地球上变冷最显著的地方，与温室效应背道而驰。

究其原因，有以下四点：

首先，南大洋处于南半球，以海洋为主，大陆和人口较少，因而温室效应不显著。

其次，南大洋有独立的温盐循环系统，形成表层和深海的高效冷循环，可将冷水和温室气体深埋在海底，完成“海底藏冷效应”。

赤道热两极冷是太阳能量纬度不均匀分布造成的。由于大气热容量低，大气热对流不能改变这一基本规律。海水则不同，其热容量大，热对流的传热效果十分显著。计算表明，每立方米的水和空气温度降低一度所释放的能量分别为4180000焦尔和1290焦尔，前者是后者的3240倍。这个巨大差别可从海洋性气候和大陆性气候的比较中看到。瓦伦西亚岛和赤塔同在北纬52度附近，前者位于爱尔兰的大西洋岸，属于海洋性气候，后者位于亚洲大陆内部，属于大陆性气候。虽然纬度相近，但温差在一年内的分布相差悬殊。一年内最冷和最热月份温度的差值，在瓦伦西亚只有7.9度，在赤塔则为46.1度，大于前者5.5倍之多。前者年均温度为摄氏10.3度，后者为零下3度，差值为13.3度。这说明海洋的内能多于大陆，海洋是大气热量的重要供应者。

海水因为含有平均约3.5%的盐分，所以它的最大密度约出现在摄氏负2度左右，恰好与海水开始结冰的温度很接近。两极临近结冰的海水密度最大，源源不断地沉入两极海底，自转离心力使较重的海水向赤道海底运动，形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域，“冷”被安全地封存在海底，冷水领域还不断扩大。赤道海水表层热水在上、冷水在下，垂直方向只有热传导、没有热对流。随着海洋冷水区的不断扩大和赤道海洋表层热水区的不断缩小，赤道和两极的温差也不断加大，形成中、高纬度地区的冰盖和冰川。我们称这个过程为海底藏冷效应。它是海气相互作用的典型范例，大气中的“冷能”由此而进入海洋。冰雪反射太阳辐射，随着冰雪面积的不断扩大，地表接受到的太阳能量越来越少，使大气和海洋越来越冷，冰期有一个长期的“冷积累”过程（见图9）。

图9 海底藏冷效应和海洋锅炉效应

海洋的温盐环流系统是大洋中最重要的海水运动，一般被形象地称为“大洋输送带”。在这个系统中，北大西洋表面冷而致密的海水下沉到海洋深处，再经过印度洋和太平洋，最终回到大西洋。这整个循环过程要花费数个世纪之久，是调节地球上大陆之间热量的最重要的循环之一。温盐环流在地球上温度和盐度都不同的大洋之间输送着营养物质和热量。

在北半球，由于大陆的阻隔，北太平洋与北极处于半封闭状态，深海环流由北极进入太平洋要通过狭窄的白令海峡，流入量受到限制。印度洋北部是欧亚大陆。因此，北太平洋高纬度海区没有典型的温盐环流。与此相反，大西洋、太平洋和印度洋对南极而言是完全开放的，温盐环流在南极大陆周围形成最大规模。这个重大差别是由陆海分布差异造成的。

全球温盐环流有两大系统：北极冷水下沉控制的温盐环流规模较小，流经大西洋和印度洋，仅对欧洲气候有影响；南极冷水下沉控制的温盐环流规模较大，遍及三大洋，影响全球气候变化。后者的作用被人们忽视（见图10）。

图10 以南极为中心的温盐循环图（蓝色表示冷流，红色表示热流）

在南极，冷源在环南极大陆边缘的海洋；在北极，冷源仅有北大西洋的北端。在这里，陆海的分布决定了海洋环流的方式：南极圈内有大片的海洋与赤道海洋相通，可形成高密度冷水的下沉和对流，而北极圈内仅有大西洋北端与赤道海洋相通，北太平洋的白令海峡限制了北太平洋冷源的形成。陆海分布的类型决定了大西洋温盐循环在全球变化中的重要地位。

温室气体在水中的溶解度伴随水温的降低而增大。由于冷水中含有较多的温室气体，所以，伴随冷水在海底的积累，温室气体也被贮存在海底冷水之中。海底冷水温度的降低意味着全球气温变冷。

事实上，大气和海洋的温室气体交换是连续发生的，两极的冷水将温室气体带入海底，赤道处海水上升被加热向大气释放出温室气体，总体处于平衡状态之中。

根据1973年到1993年的观测资料统计分析结果，70年代中上期是多冰年代，自中后期直到80年代中后期是少冰年代，就平均而言，南极地区从1973年到1989年，海冰范围有一个约0.16纬度/10年的减少趋势，自80年代后期到90年代初，南极海冰面积又呈现逐渐增多的趋势，因此，1973年以来南极海冰总体平均仍为微弱的减少趋势。其中，别林斯高晋海和南极半岛两侧海域海冰面积峰值在1977~1978年以后，直到1994年都是少冰时期，只在1987年前后海冰有短暂的少量增多(见图11)[2]。显然，环南极大陆（特别是德雷克海峡）海冰从70年代以后减少与太平洋环流速度减慢有很好的对应关系。这种对应关系与地球气候变动历史相一致。

105km2

 图11 南极大陆海冰净冰面积指数历年月平均距平累计变化趋势[1]（据周秀骥等，1996）

从图11中可以看到，南极半岛海冰变化在1973~1994年5月期间是一个大的单峰期，最高峰期在1980年3月，比其它地区滞后4~5年，最低谷值在1994年5月，比其它三个区滞后6~7年[2]。以此速度计算，南极半岛海冰将在2000年以后开始增加[3]。2014年南极海冰结冰量创40年新高，验证了我们的推测。

据最新气象卫星云图预测，从2000年开始，“拉马德雷”正在进入“冷位相”阶段，这将使“拉尼娜”现象的影响加剧，对全球气候产生重大影响。“拉马德雷”是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续20年至30年。近100多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生于1890年至1924年，而1925年至1946年为“暖位相”；第二周期的“冷位相”出现于1947年至1976年，1977年至90年代后期为“暖位相”。当“拉马德雷”现象以“暖位相”形式出现时，北美大陆附近海面的水温就会异常升高，而北太平洋洋面温度却异常下降。与此同时，太平洋气流由美洲和亚洲两大陆向太平洋中央移动。当“拉马德雷”以“冷位相”形式出现时，情况正好相反。如果“暖位相”的“拉马德雷”与“厄尔尼诺”相遇，将使其更强烈，出现的次数更频繁；假如“冷位相”的“拉马德雷”与“拉尼娜”现象相遇，那么“拉尼娜”将显示强劲的势头，出现频繁。2000年“拉马德雷”进入“冷位相”阶段使地球系统出现了一系列反常现象，其前发生的1997~1998年厄尔尼诺事件和其后发生的1998~2000年拉尼娜事件都异乎寻常的强烈。

显然，1977~2000年的“拉马德雷暖位相”与30年来南极半岛增温海冰减少以及太平洋环流速度减慢有非常好的对应关系。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-735952.html

2000-2030年拉马德雷进入冷位相，2014年南极海冰结冰量创40年新高，这再次证明南极海冰变化存在拉马德雷周期。

http://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1166071.html

第三，南极半岛是升温最剧烈的地方，因而也是冰盖融化最多的地方，根据我们的研究，冰盖融化，当地海平面降低，这可以从图3、图5 和图7中得到验证。

相关文献

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