全球变化- 杨学祥工作室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/杨学祥 吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授,从事全球变化研究。

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“弱因迭代效应”使太阳活动变化引发全球气候变化的可能性增加

已有 987 次阅读 2023-5-11 13:46 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

“弱因迭代效应”使太阳活动变化引发全球气候变化的可能性增加

                                                                 杨学祥

关键提示

       2013年我们在《地球物理学进展》第四期发表论文,提出“弱因迭代效应”的概念及其使太阳活动变化引发全球气候变化的可能性增加的观点。

全球大气表面每年获得5.4×1024J的太阳能量,其中,43%由于反射和散射而折回宇宙空间,14%为大气所吸收,只有43%可以到达地表,每年约为2.3×1024J。全球每年水蒸发所需能量为1.44×1024J,占到达地表太阳能量的63%[1]

地球对太阳光的反射率不是固定不变的,冰川消长、雪线的伸缩、大气透明度的增减、云层厚度的变化,都会影响地球的反光率,其中冰川和积雪的作用最大。在其它因素不变的条件下,微弱因素引发的气候变冷一旦启动,如下步骤将连续反复发生:冷的激发使冰川和积雪面积增加;冰川和积雪面积增加使地球反光率增大;增大的反光率就会导致地球接受太阳能量减少使气温进一步下降;以此形成不断增大的反复循环,可称之为“弱因迭代效应”。微弱因素引发的变暖会起到相反的效果。这是“弱因”打破地球复杂系统平衡的根本原因。

温室气体也具有“弱因迭代效应”:温室气体增加使气候变暖,气候变暖导致海温增加,海温增加将使海洋释放更多温室气体,以此形成反复循环。不过,海洋变暖的速度很缓慢,不如光反射率变化来得迅速。前者适于长周期变化循环,后者适于短周期变化循环。

太阳活动变化也具有“弱因迭代效应”:太阳活动减弱导致全球气温轻微下降,两极变冷导致冷水中溶解更多温室气体,使温室气体进入海底的数量增多;赤道轻微变冷导致上升冷水变热幅度减少,使温室气体进入大气的数量减少,这就打破了原有的进出平衡,导致更多的温室气体滞留在海底,使气温进一步变冷,如此迭代下去,大气中的温室气体越来越少,气温下降也就越来越强烈。

相反,太阳活动增强导致全球气温轻微上升,两极变暖导致冷水中溶解温室气体变少,使温室气体进入海底的数量减少;赤道轻微变暖导致上升冷水变热幅度增大,使温室气体进入大气的数量增大,这就打破了原有的进出平衡,导致更多的温室气体进入大气,使气温进一步变暖,如此迭代下去,大气中的温室气体越来越多,气温上升也就越来越强烈。

配合冰川和积雪面积增加使地球反光率增大的“弱因迭代效应”,太阳活动变化引发全球气候变化的可能性也大大增加

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-860950.html

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   “弱因迭代效应”是一个完整的自然效应链条:太阳活动增强导致地球增温(太阳风暴和地磁暴导致极光和臭氧洞形成地磁层和臭氧层漏能效应)——海洋增温释放温室气体——温室气体增多进一步使地球变暖--变暖导致冰川融化和海平面上升---地壳均衡被破坏引发地震火山活动--地震火山不仅释放地球内部热能而且融化山脉冰川和两极冰川(火山灰覆盖地表冰川,降低反光率,加速冰川融化)--冰川融化加快海平面上升的同时降低地表反光率--地表反光率降低导致更多太阳能进入地表增强全球变暖。

相关证据

       2020年以来,全球火山活动明显增强,火山灰集中在两极,覆盖在冰雪表面,会导致反射率下降,热能吸收增加,会产生加速融雪效应。2022年夏季高温是野火和火山喷发惹的祸。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1354492.html

     两极冰融:野火和火山喷发惹的祸

       一般而言,火山灰飘在高空,遮蔽阳光,具有阳伞效应,使地球降温。但是,在两极,火山喷发将大量火山灰和PM2.5以及更小的可吸入物大量排入大气层,这些气溶胶会造成两极地区的雾霾,沉降在冰雪表面会导致反射率下降,热能吸收增加,会产生加速融雪效应,引发被人们忽略的增温效果,大大超过阳伞效应。2022年夏季全球异常高温证明了这一点。

       从2020年中开始就一直在热炒全球15个气候临界点被突破9个的话题,在全球变暖和极端天气的笼罩下,2021年一开始就有些诡异,北极圈大火、冰岛火山喷发、北半球高温、干旱、汛期提前到来,地球似乎进入了“狂躁”模式,而最近科学家的发现找到北半球极端天气的起源!

       野火和火山喷发将大量火山灰和PM2.5以及更小的可吸入物大量排入大气层,这些气溶胶会造成北极地区的雾霾,沉降在冰雪表面会导致反射率下降,热能吸收增加,会产生加速融雪效应,从MERRA-2卫星采集的数据表明,北极野火季和冰岛火山频繁喷发与PM2.5颗粒排放之间存在强相互关系,这是一个由全球变暖引发,但当前却变成了一个正反馈效应!

https://www.163.com/dy/article/GBNOBIL605322ICO.html

      2020年,全球共有89座火山出现喷发活动,喷发活动共发生875次。这些活动火山大部分分布在环太平洋火山带上的27个国家内。

       少数喷发活动发生在冰岛、意大利、美国夏威夷等地,也有个别出现在海底火山(所罗门群岛卡瓦奇火山、格拉纳达奇克詹妮火山)。

       冰岛拥有32个活火山系统,是欧洲火山最多的国家,平均5年火山就会爆发一次。

       冰岛近几十年影响非常大的一次火山爆发活动为:当地时间2010年4月14日凌晨1时冰岛火山开始喷发,16日继续喷发,同时爆发冰泥流,带来巨大洪水,火山灰在天空中大量飘散,带来了巨大的影响。

       现在,当地时间2021年3月19日晚,冰岛首都雷克雅未克附近的一座火山在沉寂了800年后再次爆发。

https://www.163.com/dy/article/G5Q150MA0534TXDL.html

    2022年8月3日冰岛火山喷发。

       野火和火山喷发将大量火山灰和PM2.5以及更小的可吸入物大量排入大气层,这些气溶胶会造成北极地区的雾霾,沉降在冰雪表面会导致反射率下降,热能吸收增加,会产生加速融雪效应,从MERRA-2卫星采集的数据表明,北极野火季和冰岛火山频繁喷发与PM2.5颗粒排放之间存在强相互关系,这是一个由全球变暖引发,但当前却变成了一个正反馈效应!

https://www.163.com/dy/article/GBNOBIL605322ICO.html

       这可以解释俄罗斯北部2022年夏季最强高温的原因(见图3)。

      2022年5-8月潮汐组合不利于拉尼娜发展,9月潮汐组合和南极海冰最大值有利于拉尼娜形成。

      从7月15日开始,厄尔尼诺指数高于-0.5,拉尼娜事件结束。本预测提前被证实。7月29日,拉尼娜卷土重来,表明南极半岛海冰重新增长。

2022-08-13海温.png

图1 南极海冰增加趋势:2022年8月13日(白色为海冰,红色为热异常)南极半岛海冰比较。7-9月南极半岛海冰增大快于预期,堵塞徳雷克海峡通道,增强秘鲁寒流,导致厄尔尼诺指数下降;8月9-12日强潮汐组合导致厄尔尼诺指数上升;两者叠加,厄尔尼诺指数升降拉锯战又将开始。西北太平洋异常高温值得关注。南极半岛海冰增大迅速,拉尼娜卷土重来。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1351028.html

图1-2给出了北半球出现创纪录高温,南半球面临大面积降温的确凿证据。

         伴随南极海冰极大值的出现和拉尼娜的发展,2022-2023年冬季极端寒潮值得警惕,不要被北半球异常高温所蒙蔽。



图2  2022年地球冒烟了,地球40度以上高温频现

不可否认,2022年的地球真的是“热到离谱”,全球不少地区都出现了“极端性”高温,让很多人都认为,地球的“气候临界点”似乎已经到了。

的确,从地球的气候临界点来说,全球被认为的15个临界点,已经突破了9个。在2022年的极端性气候变化之下,不排除还真的有更多的“气候临界点”被突破。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1354410.html

       一项新研究证实,2022年1月汤加洪阿哈阿帕伊岛海底火山喷发是现代最具爆发性的火山事件之一。

       这项研究由英国巴斯大学研究人员领导,并于6月30日发表于《自然》。该研究结合了大量卫星数据和地面观测,表明这次喷发的规模和速度,及其产生的快速移动的重力波和大气波的范围在观测科学中都是独一无二的。

       汤加火山于1月15日喷发,产生了一股垂直羽流,延伸至地球表面50公里以上高空。在喷发后的12个小时里,水和火山灰释放的热量是地球重力波的最大来源。火山喷发还产生了类似波纹的重力波。卫星观测显示,这种重力波延伸到整个太平洋盆地。

       火山喷发还在地球大气层中引发了大气波,其围绕地球回荡了至少6次,并达到理论上的最大速度——在地球大气层中看到的最快速度,即320米/秒。

       论文作者称,一个单一事件产生了如此大的影响,这在观测记录中是独一无二的,这将有助于科学家改进未来的大气和气候模型。

      “这是一次真正的大喷发,是迄今为止观察到的一次真正独特的喷发。”论文主要作者、巴斯大学空间大气和海洋科学中心的Corwin Wright说,“我们从未见过大气波以这样的速度在全世界传播——传播速度非常接近理论极限。这次喷发是一次惊人的自然实验,我们收集到的数据将增强人们对大气的理解,并帮助改进大气和气候模型。”

      “我们的研究很好地展示了全球波浪是如何被火山喷发期间蒸发的大量海水驱动的。然而,我的直觉是,这次喷发还会产生更多的影响。”论文作者之一、牛津大学物理系的Scott Osprey说,“随着大量水蒸气在平流层中扩散,人们将关注南极臭氧空洞及其在春季的严重程度。”

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/7/482359.shtm

       2022年7月,科学家们在南极洲观看到了一种罕见的现象。本应在隆冬时节一片黑暗的南极洲上空,却被耀眼的粉红色霞光笼罩。造成这种现象的,居然与发生在今年一月份、距离南极洲7000公里的汤加火山喷发有关。

       为何与汤加火山喷发有关?

       科学家们发现,南极洲出现的罕见景象,是汤加火山喷发后产生的“余辉”效应造成的。

       新西兰大气和水研究院的科学家解释说,汤加火山喷发时喷出大量气体和灰烬,形成气溶胶。平流层气溶胶在全球范围内持续循环数月。随着太阳下沉或升起,气溶胶对光线产生了散射、弯曲作用,此时天空中将产生粉红色、蓝色、紫色和紫罗兰色的光芒。

       由于总是在太阳落山后或升起之前天空呈现出最浓郁的色彩,科学家们将这种效应称为“余辉”。

       人类共享同一片天空

       新西兰大气和水研究院预报员纳瓦·费达夫表示,卫星激光雷达的监测数据显示,在南极洲上方15至24公里区域的平流层中存在大量气溶胶,而在汤加火山爆发前这些气溶胶并不存在。

       新西兰南极研究机构的首席科学顾问乔迪·亨德利克斯说,虽然南极洲距离汤加约有7000公里,但人类共享着同一片天空,因此汤加火山喷发的“余辉”效应,也可以出现在南极洲。

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/7/482811.shtm

大气环流导致的污染物扩散

气体污染物的扩散主要与对流层气体运动有关。吸收太阳辐射热量所在空间的温度和高度控制了对流层的气体密度和气压。一般在空气受热强的地区,形成低密度的低压区;而在受热弱的地区,形成高密度的高压区。在近地面水平方向上,赤道地区为低压区,两极地区为高压区;在垂直方向上,靠近地面的热空气为低压区,高空冷空气为高压区。气压的不均匀性导致气体运动,形成大气环流。受这一规律控制,一般空气在地面从两极流向赤道,在高空则从赤道流向两极。实际的气流分布并不这样简单,除赤道和两极外,还出现了30o35o60o三个特征纬度,表明太阳能量分布差异不是大气环流形成的唯一因素[5]。上述计算表明,气流分布出现了0 o30o35o60o90 o五个特征纬度,与潮汐形变引起的地球扁率变化以及相关纬度大气的自转速度变化相关[7]

      大气环流对污染的影响

图3 大气环流导致的污染物:东风带和西风带以及径向南北运动(网络图片)

排行榜的最糟糕的10个城市分别来自伊朗、印度、巴基斯坦、埃及、蒙古国等国家,其中伊朗胡齐斯坦省首府阿瓦士以0.372毫克/立方米的浓度,排倒数第一[2,4]

笼罩在南亚大部分地区的“亚洲棕云”处于赤道低纬度地区,在热气流的上升过程中向高纬度地区漂移,在北纬30度下沉(见图1)。一部分向南运动形成东风带,影响我国的南部省份,维持低纬度亚洲棕云的稳定存在;另一部分向北运动,形成西风带,影响我国北部省份、蒙古、日本、南韩和朝鲜。由于纬度圈的周长随纬度的增大而缩小,所以污染物从低纬度到高纬度是一个浓度增大的过程,从高纬度到低纬度是浓度减少的过程。北纬30度线以北地区是污染物集中的地区,如兰州、太原、乌鲁木齐、北京、济南、西宁、西安、沈阳、合肥、成都、武汉、石家庄、杭州、天津、郑州、南京、银川、重庆等城市(见表2)。

火山灰的漂移路径可以提供相关证据:低纬度喷发的火山在大气层可以飘移2-3年,不断向两极集中,最终在两极沉降,对气候的影响可持续5-10年。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-660678.html

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火山灰是什么 火山灰有多大危害?

天气网讯,虽然汤加火山没有再喷发了,但此前喷发带来的影响还没有结束。其中,其火山灰还在飘,而据专家表示,现在已经飘到澳大利亚东部海岸,不过,短时间不会飘到中国。那么,你知道火山灰是什么吗?到底火山灰有多大危害呢?一起来了解。

火山灰是什么

火山灰是指由火山喷发出而直径小于2毫米的碎石和矿物质粒子。在爆发性的火山运动中,固体石块和熔浆被分解成细微的粒子而形成火山灰。它具有火山灰活性,即在常温和有水的情况下可与石灰(CaO)反应生成具有水硬性胶凝能力的水化物。因此磨细后可用作水泥的混合材料及混凝土的掺合料。

火山灰有多大危害?

生理伤害

颗粒物的直径越小,进入呼吸道的部位越深。10微米直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道,5微米直径的可进入呼吸道的深部,2微米以下的可100%深入到细支气管和肺泡。

可吸入颗粒物被人吸入后,会累积在呼吸系统中,引发许多疾病。对粗颗粒物的暴露可侵害呼吸系统,诱发哮喘病。

细颗粒物可能引发心脏病、肺病、呼吸道疾病,降低肺功能等。因此,对于老人、儿童和已患心肺病者等敏感人群,风险是较大的。另外,环境空气中的颗粒物还是降低能见度的主要原因,并会损坏建筑物表面。

环境影响

火山灰的下落也会给人们带来伤害,1991年皮纳图博火山喷发时,台风和雨使又湿又重的火山灰降落到人口稠密的地区,约200人死在压塌的屋顶下。

2010年4月16日,据台湾《联合报》报道,由于冰岛火山爆发产生的大量火山灰已在欧洲上空弥漫,台湾多家航空公司赴欧洲航班宣布取消或滞后起飞。

在冰岛火山大规模喷发之后,英国民航机场全部关闭。进出挪威、瑞典、芬兰、丹麦等受火山灰云影响国家的数千架航班也被迫取消。

据悉,内燃机通过吸入空气工作,进而产生能量。火山灰能够钻入飞机发动机的零部件,导致各种各样的破坏。就像在沙暴中驾驶汽车一样,发动机的内部零件会被阻塞。

此外,火山灰中的微小颗粒也会阻塞皮托管这个空速传感器。尘埃会堵塞这些设备进而产生错误的读数。飞机会因此失速,飞行员可能无法获知当时的速度。

2022年1月14日,位于汤加首都努库阿洛法以北约65公里处的洪阿哈阿帕伊岛开始火山喷发,大量火山灰、气体与水蒸气形成巨大云团,汤加全境空气质量受严重影响。汤加国家海啸预警中心当天发布了海啸预警,呼吁民众远离海滩及低洼地带,并戴上口罩,防止吸入受火山灰污染的空气。

火山灰形成过程:

火山爆发时,岩石或岩浆被粉碎成细小颗粒,从而形成火山灰。

火山灰不同于烟灰,它坚硬、不溶于水。

火山灰反应就是指这些活性组分与氢氧化钙反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物,其中,氢氧化钙可以来源于外掺的石灰,也可以来源于水泥水化时所放出的氢氧化钙。

在火山灰水泥的水化过程中,火山灰反应是火山灰混合材中的活性组分与水泥熟料水化时放出的氢氧化钙的反应。

火山灰水泥的水化过程是一个二次反应过程。

首先是水泥熟料的水化,放出氢氧化钙,然后再是火山灰反应。

这两个反应是交替进行的,并且彼此互为条件,互相制约,而不是简单孤立的。

水在压力作用下由细小喷口喷出形成雾。

同样原理,呈熔融状态的岩浆在巨大压力作用下,由火山口喷出形成岩浆雾,岩浆雾凝固成细小颗粒就形成火山灰,即岩浆的雾化作用形成火山灰。

发布于 2022-01-20 19:58

https://zhuanlan.zhihu.com/p/460010897

罕见!南极洲变成粉红色 汤加火山成了“艺术家”

来源:央视新闻客户端 发布时间:2022/7/16 21:28:49    

       近日,科学家们在南极洲观看到了一种罕见的现象。本应在隆冬时节一片黑暗的南极洲上空,却被耀眼的粉红色霞光笼罩。造成这种现象的,居然与发生在今年一月份、距离南极洲7000公里的汤加火山喷发有关。

       为何与汤加火山喷发有关?

       科学家们发现,南极洲出现的罕见景象,是汤加火山喷发后产生的“余辉”效应造成的。

       新西兰大气和水研究院的科学家解释说,汤加火山喷发时喷出大量气体和灰烬,形成气溶胶。平流层气溶胶在全球范围内持续循环数月。随着太阳下沉或升起,气溶胶对光线产生了散射、弯曲作用,此时天空中将产生粉红色、蓝色、紫色和紫罗兰色的光芒。

       由于总是在太阳落山后或升起之前天空呈现出最浓郁的色彩,科学家们将这种效应称为“余辉”。

       人类共享同一片天空

       新西兰大气和水研究院预报员纳瓦·费达夫表示,卫星激光雷达的监测数据显示,在南极洲上方15至24公里区域的平流层中存在大量气溶胶,而在汤加火山爆发前这些气溶胶并不存在。

       新西兰南极研究机构的首席科学顾问乔迪·亨德利克斯说,虽然南极洲距离汤加约有7000公里,但人类共享着同一片天空,因此汤加火山喷发的“余辉”效应,也可以出现在南极洲。

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/7/482811.shtm

汤加火山爆发产生极速大气波

作者:文乐乐 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/9 23:38:37 

       一项新研究证实,2022年1月汤加洪阿哈阿帕伊岛海底火山喷发是现代最具爆发性的火山事件之一。

       这项研究由英国巴斯大学研究人员领导,并于6月30日发表于《自然》。该研究结合了大量卫星数据和地面观测,表明这次喷发的规模和速度,及其产生的快速移动的重力波和大气波的范围在观测科学中都是独一无二的。

       汤加火山于1月15日喷发,产生了一股垂直羽流,延伸至地球表面50公里以上高空。在喷发后的12个小时里,水和火山灰释放的热量是地球重力波的最大来源。火山喷发还产生了类似波纹的重力波。卫星观测显示,这种重力波延伸到整个太平洋盆地。

       火山喷发还在地球大气层中引发了大气波,其围绕地球回荡了至少6次,并达到理论上的最大速度——在地球大气层中看到的最快速度,即320米/秒。

       论文作者称,一个单一事件产生了如此大的影响,这在观测记录中是独一无二的,这将有助于科学家改进未来的大气和气候模型。

      “这是一次真正的大喷发,是迄今为止观察到的一次真正独特的喷发。”论文主要作者、巴斯大学空间大气和海洋科学中心的Corwin Wright说,“我们从未见过大气波以这样的速度在全世界传播——传播速度非常接近理论极限。这次喷发是一次惊人的自然实验,我们收集到的数据将增强人们对大气的理解,并帮助改进大气和气候模型。”

      “我们的研究很好地展示了全球波浪是如何被火山喷发期间蒸发的大量海水驱动的。然而,我的直觉是,这次喷发还会产生更多的影响。”论文作者之一、牛津大学物理系的Scott Osprey说,“随着大量水蒸气在平流层中扩散,人们将关注南极臭氧空洞及其在春季的严重程度。”

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两极冰融:冰化的危机南北不同

地球两极正在遭遇危机。11月27日,国家遥感中心发布的《全球生态环境遥感监测2020年度报告》显示,本世纪以来南极冰盖表面近1/5已融化,预测未来冰盖表面融化还将继续增加,对海平面上升的影响将变得显著。而除了海平面上升和极端天气之外,另一些潜在的影响还少为人知。

晒太阳的南极企鹅(全球变暖概念图)|图虫创意

出品 | 十点科学

作者 | 祝叶华 环境科学与工程博士

就像炎炎夏日里的冰块一样,地球上的冰盖和冰川正在缩小。极地冰融化和把方糖搅拌到咖啡里有什么区别呢?实际上,两者都是不可逆的。不同的是,极地冰盖和冰川融化会引起海平面上升、扰乱全球气候系统,迫使生活在两地的动植物开始做出生存改变。当然人类活动也不免受到影响。

地球两极的冰王国

从迷人的野生动物到令人惊叹的崎岖景观,极地到处都充满了壮观的体验。北极和南极都是白雪覆盖的地区,它们一起构成了地球的寒带。极地冰的主要存在类型是冰盖。所谓冰盖是指面积大于5万平方千米的巨大冰川体,是陆地冰川的特殊类型。

冰盖是陆地冰的主体,当前仅存的冰盖为南极冰盖和格陵兰(位于北极地区)冰盖。南极冰盖面积约1400万平方千米,占全球陆地总面积8.3%,平均冰厚约2100 米,冰储量约3000万立方千米,相当于全球海平面56.6米的变化量。格陵兰冰盖当前面积约184万平方千米,占全球陆地总面积1.2%,平均冰厚约1600 米,冰储量约300万立方千米,相当于全球海平面7.4 米的变化量。

全球冰量分布图,冰盖占了99%。|编辑制图

冰盖并非是极地冰存在的唯一形式,冰川、海冰也充斥在两极地区。它们虽然体积和冰盖不能相比,但面积非常可观。由于地理分布的不同,两极海冰的厚度和夏季的融化情况不尽相同。

北极海冰不像南极的海冰那样易移动,它们更倾向于停留在北极水域。浮冰更容易聚合或相互碰撞,堆积成厚厚的山脊。这些聚合的浮冰使北极的冰变得更厚。脊冰的存在及其较长的生命周期导致冰在夏季融化期间保持冻结的时间更长。所以一些北极海冰在整个夏天都存在,并在接下来的秋天继续增长。

在南极,开阔的海域允许正在形成的海冰更加自由地移动,然而,南极海冰形成山脊的频率远低于北极海冰。此外,由于南极洲的北面没有陆地边界,海冰可以自由地向北漂入温暖的水域,最终融化。因此,几乎所有南极冬季形成的海冰在夏季都会融化。海冰在南极停留的时间没有在北极停留的时间长,所以它没有机会变得像北极的海冰一样厚。

尽管如此,南北极面临的危机却是相同的,人类活动导致的海洋和大气变暖正在削弱地球两极冰的含量。

破碎的南极海冰。在南极,海冰更具有季节性。|图虫创意

南极冰盖融化速度远超想象

南极洲98%的表面被冰雪覆盖,其冰盖的冰储量占了全球总冰量的90%(北极格陵兰冰盖仅占9%),将近世界淡水资源的70%。但这广阔极地的冰盖在下个世纪可能会销声匿迹。

2020年9月23日一项发表在《自然》杂志上的研究揭示,如果全球变暖不加以遏制的话,南极洲很快会走上一条“不归路”,该大陆上覆盖了3000多万年的冰雪将荡然无存。

研究人员利用计算机模拟了温室气体排放对全球平均气温以及对未来南极洲样貌的决定性影响。他们发现,如果全球平均温度比工业化前的水平上升4℃,并持续一段时间,南极洲西部的大部分冰架将会碎裂,全球海平面将上升6.5 米。——如此高的涨幅将摧毁纽约、东京和伦敦等沿海城市。

这并非危言耸听,这种情况可能在几十年内成为现实。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)曾推测,如果允许目前的温室气体排放水平持续到2100年,全球平均气温将上升5℃。如果温室气体排放水平增加,情况可能会变得更糟:

在未来几千年的任何一段持续时间内,全球气温如若比工业化前的水平上升6至9℃,那么南极洲现在70%以上的冰将不可逆转地消失。更有甚者,如果气温上升10℃,欧洲大陆也注定成为全年无冰的大陆[1]。

其实早在2019年,就有研究指出,南极洲西部的许多冰架(即陆地冰延伸到海洋的部分)正在经历失控的融化,该地区大约25%的冰有坍塌的危险[2]。2020年10月6日发表在《美国科学院院报》上的一项研究再次强调南极冰架的基础正在变弱。

冰架示意图。冰架是陆地冰体在重力驱动下的产物,由冰体不断从接地线向海洋方向流动形成。冰架崩解会形成冰山。冰架是冰盖与海洋相互作用的主要界面,其稳定性很大程度决定了冰盖的稳定性。|编辑制图

研究人员利用卫星数据记录了1997年至2019年南极冰川受损区域的增长情况,图像显示南极的两个重要冰川的“剪切带”正遭受着快速的破坏。剪切带位于冰川和冰架的交汇处,它起到了制动系统的作用,通过高水平的摩擦减缓冰川向海洋的下游流动,可认为是自然形成的阻止冰川外流的缓冲系统。但如果阻力和压力过大,冰就会在两者相遇的地方破裂,形成垂直于水流方向的平行裂缝,将冰撕裂。

剪切带的破裂在结构上削弱了冰锋。与此同时,冰川下坡流速(冰川物质流动)不断增大,引发进一步的剪切断裂,这使得冰架变得不稳定,为大规模的崩解事件铺平了道路,同时也降低了冰架阻挡冰川外流的能力。

更加令人担忧的是,温暖的海水正在从下面融化冰架。不断变化的大气和海洋模式正将温暖的深水冲刷向冰川的浮冰架。下面的融化使上面的冰架更加脆弱,因此更容易发生进一步的剪切和破裂[3]。

而对于世界另一端的北极来说,还有更多坏消息。

北极冰盖也在快速消退

北极冰主要集中在格陵兰岛上,格陵兰岛是地球上仅次于南极洲的第二大陆基冰矿床。已经有研究证实,自20世纪90年代以来,格陵兰岛冰融化的速度越来越快。

2019年初发表在《美国科学院院报》上的研究表明,格陵兰岛的冰盖不仅正在融化,而且融化速度比以往任何时候都快,冰层消失的速度是2003年的四倍。2019年6月,格陵兰岛西北部的气温接近历史最高水平,研究人员在该地区遇到了不同寻常、令人惊讶的冰层融化。自1972年以来,格陵兰岛对海平面上升的贡献约为1.4厘米。随着人类向大气中排放的温室气体的增加,这一过程正在加速。逐渐增长的融化季节似乎比过去几十年对海平面上升的贡献要大得多[4]。

2020年10月1日,《自然》杂志上的一项新研究指出,到2100年,格陵兰岛的冰层脱落速度将超过过去1.2万年的任何时候。在该研究中,纽约州立大学布法罗分校的冰川地质学家们创建了一个涵盖近12000年的冰盖变化的主时间轴(从11700年前的全新世开始,到2100年截止)。

他们估计,在大约1万至7千年前的暖期,格陵兰岛的冰以每个世纪约6亿吨的速度流失。而在过去的20年里,冰流失速度一直是无与伦比的,从2000年到2018年,冰的平均流失速度相似,大约是每世纪61000亿吨(相当于海平面上升约2厘米)。

研究小组说,下个世纪,这一速度将会加快。按照排放量较低的情况进行计算的话,到2100年,冰的损失预计平均为每世纪88000亿吨左右。随着排放量的增加,碳损失率可能会上升到每世纪359,000亿吨[5]。

北极格陵兰岛上的最大冰川。|图虫创意

破纪录的两极海冰大消融

海平面上升是极地冰融化带来的重要影响之一,格陵兰岛和南极冰盖是全球海平面上升的最大贡献者。冰川融化加剧了海平面的上升,海平面上升又加剧了对海岸的侵蚀,并导致风暴潮的上升。这是因为不断变暖的空气和海洋温度造成了更频繁、更强烈的沿海风暴,如飓风和台风。未来格陵兰岛和南极冰盖融化的程度和速度将在很大程度上决定海平面上升的程度。

与此同时,海冰面积也在大面积减少。根据美国航空航天局(NASA)的观测数据,在过去的40年里(1979年之后),北极夏季海冰面积减少了近一半;预计到2040年,北冰洋上夏季可能无冰。而南极海冰也在2014到2017年间经历了非比寻常的大融化,短短4年间就失去了相当于北极34年内失去的海冰数量,且速度还在加快(NASA数据)。

与陆地上的冰盖融化不同,海冰融化不会造成海平面上升。但是,海冰面积减少,会让太阳的热量从被白色的海冰反射,转向被深色的海水吸收,这会导致气温进一步上升,反过来加剧海冰融化,形成恶性循环。

虽然两极海冰的消失与人类活动导致的全球变暖有着明显的联系,但二者却大有不同。北极受大气环流的影响严重,和极端天气的联系也更紧密,比如欧洲热浪。因为北极是一个被大陆包围的海洋,暴露在变暖的空气中,而南极洲是一个被海洋包围的冰冻大陆,一直以来被一圈强风保护着不受变暖的空气的影响。

研究者认为,北极已经成为全球变暖的一个典型例子,而这种影响最终也会在南极地区出现。

消融的北极海冰。不同于南极大陆,北极总体上是一片海洋。|NASA

冰雪大融化对生物的影响

除了记录极地变暖的情况外,科学家们也在努力了解温度变化对当地生物——包括人类——衣食住行的影响。

作为南极洲的永久居民,帝企鹅和阿德利企鹅的生存直接受气候变化左右。

帝企鹅是唯一一种在冬季繁殖的企鹅,海冰对其影响尤为重要。帝企鹅的活动区域主要有两处:捕食区和繁殖区,它们常年往来于两区之间。每年的一月到三月(南极的夏天),帝企鹅会分散到大洋中进行捕食。但随着海冰状况恶化,到本世纪末,现存的54个栖息地将面临毁灭性的减少。南极威德尔海哈雷湾是帝企鹅的第二大栖息地,许多帝企鹅选择来自这里繁殖,但自2016年起,帝企鹅似乎已经放弃这个曾经可靠的繁殖地,因为它们在此经历了灾难性的繁殖失败,曾经稳定的繁殖地在雏鸟羽翼未丰之前就被破坏了。2019年《全球变化生物学》杂志上一项研究称,如果全球变暖像现在这样持续下去,帝企鹅的栖息地数量将减少80%,帝企鹅数量甚至会减少81%~86%。

阿德利企鹅是另一种面临生存危机的南极企鹅,它们栖息在整个南极大陆上,已经生存了近4.5万年。本来阿德利企鹅已经适应了数千年气候变化带来的冰川扩张和海冰波动,在这些变化中保持“弹性”。但科学家们在不同的地点发现了不同的种群变化趋势:一些栖息地,比如位于南极洲北部的美国研究中心帕尔默站附近,企鹅种群数量出现了80%以上的下降。其他地点则是稳定的,有些数量甚至还有所增长,这可能是因为海冰减少缩短了它们去海中觅食的路程,使得一些种群意外获得了生存优势。但整体来看,21世纪独特的气候,还是对阿德利企鹅的许多栖息地造成了威胁[6]。

与南极相比,北极对气候变化的反应要敏感得多(受大气环流强烈影响)。北极熊成为最大受害者。对北极熊来说,由于气候变暖,挨饿已成为常态。2020年一项研究显示,气候变化正导致北极熊濒临灭绝。该研究预测,在当下人类的有生之年,这种处于食物链顶端的食肉动物可能会全部灭绝。在一些地区,北极熊已经陷入了恶性循环。北极熊依靠浮冰捕猎,海冰的消融缩短了北极熊捕猎海豹的时间,而它们不断减少的体重降低了它们在没有食物的情况下在北极平安过冬的机会。如果按照目前北极气候加速变化的速度发展下去,在所分析的13个亚种群中,有12个种群的北极熊将在80年内大量死亡[7]。

一只饥饿的北极熊。 |来自网络;摄影师AndreasWeith

2019年,一只被遗弃的北极熊被困在浮冰上的照片让无数人为北极熊的生存担忧,但大多数人都没有意识到,极地冰雪融化对人类也同样存在负面影响。随着海冰和冰川的融化以及海洋变暖,洋流将继续扰乱全球的气候模式,引发极寒、极热、干旱、降雪、洪水、飓风等极端天气,造成大量生命财产损失。海水变暖也会导致鱼类产卵的地点和时间发生变化,以渔业为支柱的产业将受到影响。在靠近极地的地区,随着洪水越来越频繁,风暴越来越猛烈,沿海社区将继续面临数十亿美元的灾后重建费用。

与之紧密交织的全球气候变暖,对人类健康本身也会产生重大威胁。2014年,世界卫生组织曾表示,气候变化将带来疟疾、痢疾、热应激和营养不良,从2030年到2050年,全球每年将有25万人死亡。2019年《新英格兰医学杂志》发布的一项报告则警示,25万人的死亡是一个“保守估计”。我们的健康很容易受到气候变化的影响,气候变化可能使过去一个世纪以来,人类在健康上取得的进步成果“停滞并逆转”,全球因气温上升可能导致的死亡人数,比世卫组织5年前预测的每年25万人“要多得多”。

该报告还预测,由于和气候变化相关的粮食短缺,到2050年,全球每年成年人死亡人数可能净增加到52.9万人。而到2030年,气候变化可能迫使1亿人陷入极端贫困,贫困将使人们更容易受到健康问题的影响。

所有报道都在提醒我们,野生动物的不幸已经不可避免波及到我们。减少碳排,遏制气候变暖真的已经迫在眉睫。

(责编 高佩雯)

参考文献

[1]eurekalert.org/pub_rele.[2]agupubs.onlinelibrary.wiley.com.[3]pnas.org/content/117/40.[4]pnas.org/cgi/doi/10.107.[5]nature.com/articles/s41.[6]onlinelibrary.wiley.com.[7]doi.org/10.1038/s41558-.

文章由“十点科学”(ID:Science_10)公众号发布,转载请注明出处。

编辑于 2020-12-07 12:31

https://zhuanlan.zhihu.com/p/333299439

“环北极波”出现,北极气候临界点已被全面激活,人类或见证历史

2021-06-05 11:37:55 来源: 星辰大海路上的种花家  

从2020年中开始就一直在热炒全球15个气候临界点被突破9个的话题,在全球变暖和极端天气的笼罩下,2021年一开始就有些诡异,北极圈大火、北半球高温、干旱、汛期提前到来,地球似乎进入了“狂躁”模式,而最近科学家的发现找到北半球极端天气的起源!

北极新环流:与极端天气直接相关

尽管全球变暖已经有多年,民众也对屡屡产生的极端天气见怪不怪,但仍然对近几年来北极圈内的怪异的天气目瞪口呆:

  • 1、从2019年欧盟哥白尼大气监测局(CAMS)公布的数据,在2019年6月份发生北极圈内火灾就比2010年到2018年的总和还要多,据CAMS高级科学家和也获专家马克·帕林顿称,即使5-10月是北极圈野火季,但火灾所处的纬度和发生的强度仍然是前所未有!

  • 2、2020年9月7日,英国卫报引述欧盟哥白尼大气监测局(CAMS)的数据,截至2020年8月24日,北极野火已经释放2.45亿吨二氧化碳,比2019年全年的1.81亿吨已经高出35%。

  • 3、2020年6月20日,世界最寒冷、位于北极圈内的维尔霍扬斯克小镇(Verkhoyansk)测到摄氏38度高温。

  • 4、2021年5月18日,俄罗斯水文气象中心发布消息,莫斯科5月18日12时出现温度记录为29.2℃,打破了1897年的最高记录29.1℃。当天气温继续上升,最高温达到31℃。

其实并不止俄罗斯和西伯利亚的高温以及火灾新闻,美国的阿拉斯加和加拿大北极圈内地区同样有大量火灾,上文中CAMS已经有将其统计在内,因此从前几年开始就有科学家在研究为何近几年来北极圈内会出现如此极端的天气!

科学家发现的新环流:与人类活动直接相关

来自日本和韩国以及美国的科学团队发现了北极周围大气环流的一种新模式,研究小组发现这种新模式与近几年来北极地区的高温热浪天气和大规模的火灾直接相关,影响地区包括西伯利亚和北美次极地!

该团队的主要研究者、北海道大学助理教授 Teppei J. Yasunari称北极地区的野火、空气污染和气溶胶以及气候模式之间的微妙关系:

野火将大量PM2.5以及更小的可吸入物大量排入大气层,这些气溶胶会造成北极地区的雾霾,沉降在冰雪表面会导致反射率下降,热能吸收增加,会产生加速融雪效应,从MERRA-2卫星采集的数据表明,北极野火季与PM2.5颗粒排放之间存在强相互关系,这是一个由全球变暖引发,但当前却变成了一个正反馈效应!

2003 年至 2017 年期间PM 2.5最高的 20 个月中 13 个夏季月份



调查表明,北极地区的15年间PM2.5最高的20个月中有13个月是在夏季,这些季节的野火很容易发生,也是导致欧洲、西伯利亚和北美亚极地(即阿拉斯加和加拿大)持续或发展的高压的主要因素,并且后者会导致这些高纬度地区的极端高温和干旱天气。

13 年夏季 (a) 地表气温 (0.5 K 间隔) 和 (b) 850 hPa(5 m 间隔)



而野火则是个无解的命题

一切根源都在于野火,只要解决了野火问题似乎就能解决北极出现的神秘“新环流”,但事实上北极地区的野火,在全球变换后是个无解的问题!



因为火灾不在地面发生,而是在地下!这是北极“最新型火灾”:泥炭层火灾,其实这并不是这几年才有的火灾,而是很多年前就有了,这些干燥的泥炭层燃烧效果地下的煤矿大火,扑灭一直是个难题!



早期北极的春夏季都寒冷潮湿,即使露出表面也会很快熄灭,但这些年来越发变得高温和干燥,使得一露头就形成大火,而俄罗斯、阿拉斯加以及加拿大的北极有多广袤?就凭他们这点消防队,根本就无法管理,所以这些年北极火灾愈演愈烈是必然趋势,而它现在已经形成了“成气候”的北极新环流,研究团队将其命名为CAW(环北极波),未来的北极走向堪忧!



延伸阅读:全球气候临界点

临界点是物体一种状态转向另一种状态的过度临界过程,而气候临界点的概念则比物体转变的临界点要更难理解一些,比如温室效应失控后的金星,表面温度465度,一个比地狱还要地狱的世界!

当然地球暂时不会那么夸张,但温室效应增加后北极冰盖面积减少,而冰盖的消失反射率会下降,吸收更多的热能,正常季节更替即可恢复因为季节性原因减少的冰盖,但当冰盖面积减少小于某个值时,这个循环就失效了,北极未来将趋向于无冰,而引爆这个临界点的因素有多个,比如二氧化碳、大气环流以及AMOC等等;



全球总共有15个气候临界点,分别为:北极海冰、格陵兰冰盖、北方针叶林、永久冻土、大西洋经向翻转环流、亚马逊雨林、暖水珊瑚、西南极冰盖、东南极部分地区海底甲烷开始释放、厄尔尼诺现象加剧、大气喷射流减速或停滞、印度洋夏季季风出现波动、西非季风转变、北美西南部开始干旱



其中:北极海冰、格陵兰冰盖、北方针叶林、永久冻土、大西洋经向翻转环流、亚马逊雨林、暖水珊瑚、西南极冰盖、东南极部分地区这些点已经被突破!

找到了临界点产生的原因又如何?地球暖化趋势短期内不可逆转!

https://www.163.com/dy/article/GBNOBIL605322ICO.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1354492.html

太阳活动对地球气候的影响及弱因迭代效应

2023-5-11 09:39 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1387569




https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1387615.html

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