气象学家的白日梦：温室气体使南极大陆的冰盖消失

                              杨学祥，杨冬红

现状：地球发烧了

来源：中国气象报   发布时间：2016年03月16日18:58

2015年，巴西出现了寨卡病毒疫情，这一年也是有历史记录以来最热的一年。这种由喜热的蚊子所传播的疾病在巴西爆发，是否只是巧合？科学家称，这次危机不排除更加深层的原因，但是寨卡病毒的流行以及与之相关的疾病的传播应该拉响全球变暖的警报。

　　随着研究的深入，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）对于全球气候变暖这一事实的态度，从可能到很可能再到毋庸置疑。最新的观测分析表明，当前全球气候仍在持续变暖。2014年全球气候系统在全球地表气温、海表面温度、海平面升高、海洋热容量、全球温室气体浓度、格陵兰冰盖反照率、南极海冰面积等7方面打破了历史纪录。全球陆地和海洋表面平均温度从1880年到2012年上升0.85℃，自1901年以来全球地表温度显著上升，1970年后上升更加明显。海洋变暖占气候系统中所储存能量增加的主要部分，几乎确定的是上层海洋(0米至700米)从1971年至2010年出现了升温。

　　最近的统计表明，2015年是有现代气象记录数据的136年来最为炎热的一年。2015年1月至6月全球地表平均气温升高，为有气象纪录以来的最高值；2015年上半年整个欧亚大陆、南美、非洲、北美洲西部与澳大利亚都异常偏暖，其中多个地区出现了持续的高温热浪。根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）8月下旬新发布的报告，2015年7月是自有记录以来全球气温最高的一个月，也可能是过去4000年中最热的一个月。

如果说这些数据还有些遥远，那么我们亲身体验到炙热便在真切不过了。20世纪50年代以来的变暖在北方和青藏高原的冬季、春季和秋季更明显，江淮地区的夏季和西南地区的春季变暖趋势较弱。全国大部分地区夜间增暖显著，白天增暖较弱，气温日较差明显减少。近十五年来，中国区域气温上升趋缓，但仍然处在近百年来气温最高的阶段。

http://wwwNaNa.gov.cn/2011xzt/2016zt/2016qxr/2016qxr05/201603/t20160316_306679.html

值得关注的是，2014年南极海冰面积打破了历史纪录，不是出现了最小值，而是出现了最大值。

2014年南极周围海域的海冰覆盖面积再刷1979年以来最高纪录

南北极海冰截然相反的变化趋势令人百思不得其解。据物理学家组织网报道，科学家于2014年9月份宣称，北极海冰量仍低于正常水平——已经持续数年的减少趋势还在继续，以至于北冰洋海冰覆盖面积日益“捉襟见肘”。随后，研究又发现，在北极海冰不断融化的同时，南极海冰量却居高不下——自上世纪70年代末有卫星观测纪录以来，2014年南极周围海域的海冰覆盖面积再刷纪录。

来自美国宇航局（NASA）戈达德太空飞行中心的瓦特·梅尔认为，气候变化的存在是不容置疑的，地球的南北两极只是在以迥然相异的方式应对同一种全球性现象。

梅尔指出，总体而言全球的海冰量正在减少。美国宇航局和美国国家冰雪数据中心的卫星观测数据显示：自上世纪70年代末开始，北极海冰在以年均20800平方公里的速度消失；与此同时，南极海冰却以年均7300平方公里的速度不断“扩张”。

全球变暖无疑在北极海冰的减少中扮演着至关重要的角色，但是南极海冰的增加却令人感到神秘。梅尔表示，他们正在试图解释为何在全球气候变暖的趋势下，南极海域的海冰覆盖面积还在逐年增加。

天气可能是这一现象的罪魁祸首。气候变化正在全球范围内改变天气的模式，变化之一就是南极大陆的刮风天气增多。冷空气从冰雪覆盖的大陆吹到海面，不断冻结的海水让海冰的“疆界”突破了纪录。

不过梅尔认为，这只是一种解释。他认为风确实扮演着举足轻重的角色，但是其他因素也可能在起作用。比如，他指出，南极大陆边缘的冰川融化可能恰恰为周边海域制造了更多海冰。梅尔解释说，冰川融化的淡水比海里的咸水更容易结冰。

降雪也可能起到了重要作用。降落在薄薄的海冰上的雪把冰压到海面以下，冰冷的海水渗透到海冰中并淹没上面的雪——这一过程使海冰继续冻结并增加了海冰的厚度。

有科学家认为，这些现象可能仅仅源于南极区域气候的自然变化。与北极海冰的迅速消失相比，南极海冰的增加趋势十分缓慢以至于可以将其解释为区域气候变化的结果。科学家预计，持续的气候变暖会带来更多损失，最终南极的海冰也将开始“萎缩”。

梅尔认为，由于地球的气候系统十分复杂，在未来数年中，气候变化将继续带来令人始料不及且困惑不已的结果。

http://www.weather.com.cn/climate/2014/12/qhbhyw/2240162.shtml

表1 1999-2012年南极海冰变化与厄尔尼诺事件

http://blog.sina.com.cn/s/blog_bd64c19e0101ihif.html

http://weather.news.qq.com/a/20140109/012127.htm

http://roll.sohu.com/20140718/n402426913.shtml

2014年10月14日凤凰科技讯科学日报报道，近日消息称今年南极洲的海冰结冰程度创了新的记录，相比科学家们自20世纪70年代晚期开始进行的海冰结冰程度长期卫星记录相比，今年的海冰覆盖了更多南部海洋。然而，南极洲这一上升趋势只相当于北冰洋海冰丢失程度的1/3。

自20世纪70年代晚期以来，北极每年丢失了53900平方千米的冰；南极每年增加了18900平方千米的海冰。今年9月19日，自1979年以来南极洲的海冰结冰区域首次超过了2000万平方英里，根据国家冰雪数据中心（NSIDC）这样显示。这一基准的结冰程度持续保持了几天。1981年至2010年间平均最大的结冰范围为1872万平方千米。

今年单日最大结冰量发生在9月20日，据国家冰雪数据中心的数据显示。在这一天海冰覆盖面积为2014万平方千米。今年五天平均最大结冰量发生在9月22日，海冰覆盖了2011万平方千米。

http://www.weather.com.cn/climate/2014/10/qhbhyw/2209601.shtml

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-864190.html

我们在2015年5月19日指出，南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，使秘鲁寒流变弱，使东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流，使堆积在太平洋西部的暖水东流，形成厄尔尼诺事件。反之，“拉尼娜”事件出现。

2014年9月南极半岛海冰达到1979年以来最大值，阻止了2014年超级厄尔尼诺的发生，2015年超级厄尔尼诺能否发生，取决于2015年9月南极海冰最大值的异常程度，异常变小将导致强厄尔尼诺的发生。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-891160.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-891293.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-922845.html

危险的信号！东南极冰川也在快速消退

2016-08-19 10:37:45 来源：科学

长期以来，科学家一直认为与脆弱的西南极冰盖相比，东南极冰盖相对来说要稳定些。然而一项最新研究表明，东南极冰盖要比以前预期的要脆弱得多。这意味着，南极冰川融化问题可能比想象的更为严重，全球变暖和海平面上升可能会来得更快，也更为剧烈。

南极冰盖是地球上面积最大的冰盖，面积接近1400万平方公里，最厚的地方4200多米，总体积达2450立方千米，它被横贯山脉分为两部分：面积较大的东南极冰盖与较小的西南极冰盖。长期以来，气候学家认为西南极冰盖明显受到全球气候变化的影响会逐渐融化，而东南极冰盖长期保持相对稳定。然而，最新的一项研究表明，东南极冰盖要比预期的要脆弱得多。

问题比想象的严重

2016年6月15日发表于《自然》（Nature）的研究表明，假如气候变化维持现有速率，南极洲东部最主要的冰川之一托滕冰川将在下个世纪不可逆转地快速消退，在接下来的几百年向内陆退缩达300千米，并最终导致海平面上升超过2米。

对于南极冰川融化，大家并不陌生，而实际上科学家对此始终存在争议，特别是对东南极冰盖的认识，观点是针锋相对。早在2014年5月，德国波茨坦气候影响研究所发布了一份报告称，人们可能一直“高估”了东南极冰盖的稳定性，该研究所的科学家通过计算机模型显示，东南极冰盖的威尔克斯冰下盆地就像一个倾斜的瓶子，一旦位于沿海地区的“冰塞子”融化，瓶中的冰就会大量流出，结果将导致海平面在数千年内上升三至四米，纽约、东京、孟买等沿海城市被淹的风险也因此大幅上升。

然而，也有学者对此并不认同，甚至一度出现了“南极冰盖不减反增”的观点。据英国《每日邮报》2015年11月2日报道，美国航空航天局（NASA）的一项研究显示，东南极洲和西南极洲内部的冰盖自1万年前起就在不断增厚，增厚速度为每年1.7厘米左右，在1992年到2001年间南极洲每年净增1120亿吨冰，而在2003年到2008年间这一数据是820亿吨，其增加量超过了冰川融化带来的流失量。NASA戈达德太空飞行中心的冰川学家甚至还认为南极洲的冰川融化并没有造成海平面上升，反而是将每年的海平面上升高度减少了0.23毫米。该观点一反常态，与主流学术观点明显相悖，立即招致很多学者的议论，一些顶尖的科学家在美国《国家地理》杂志刊文指出，使用卫星资料无法辨识一两厘米差异的积雪量，因此NASA科学家使用卫星测量南极冰川高度的方法是可疑的，其结论存在问题。

诸多观点，莫衷一是。我们不妨通过研究东南极冰盖的历史，试想一下未来的变化。英国帝国理工学院组织的科学家对东南极冰盖的淤泥样本进行分析研究后发现，虽然它形成于3400万年前，并长期保持相对稳定的状态，但在500万至300万年前的上新世地质时期曾反复发生过融化，并直接导致海平面上升了10米，而根据现在全球气候变化及大气中二氧化碳浓度的变化预测，到本世纪末，全球气温将接近于上新世时期。这也就意味着，如果按照目前的气候变化趋势发展，东南极冰盖融化将是不争的事实。我们可不能小看这海平面可能上升仅有的几米，对于沿海那些海拔较低的城市来说，这足以是毁灭性的打击，比如地势低洼的泰国首都曼谷，平均海拔不足2米，2011年，这里发生了50年来最严重的一次洪灾，而且迟迟未能消退，这与它海拔较低具有直接联系。随着全球气温不断升高，未来的曼谷将面临着巨大威胁，所以泰国一位官员担忧地说，曼谷的大片地区将于2030年被淹没。

南极北极并非此消彼长

近年来有媒体报道，在全球变暖、海冰融化的大趋势之下，南极海冰出现大块浮冰的总量实际上是不断增加的。有数据表明，南极的海冰呈现出缓慢增长的趋势，年增长速度约为1%。2007年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPPC）制定的国际气候科学评估报告显示，在1979-2005年之间，南极覆盖海冰面积持续不变，但是2013年公布的研究评估报告表明，1979-2012年之间，南半球海冰持续扩大，平均每年增加16500平方公里。后来，有科学家指出，这两份评估报告的结论之所以不同，是由于使用了不同版本的计算公式造成的，数据集之间的差异与人造卫星传感器有关，南极海冰不可能像之前预测的那样快速扩张，其中存在着数据误差。

但是，南极海冰扩大的确是事实。这让很多人感到不可理解，甚至有人根据这个结论开始怀疑全球气候变暖。

关于这个问题，我们需要从全球的角度来认识。2014年12月，NASA戈达德太空飞行中心的气候科学家对1978年11月到2013年12月之间全球的海冰变化进行了计算，他们将每个月的北极和南极海冰面积相加，即得到全球海冰面积，然后发现，在这超过35年的时间里，北极和南极海冰的面积总和呈现出每个月不断递减的趋势，即使是在北极和南极海冰达到最大面积的时期也是如此，平均每年减少约35000平方公里。而且，在1996至2013年间比1979至1996年间的递减速度明显加快。这意味着，虽然南极海冰面积在缓慢增加，但北极海冰在加速消失，而且消失的速度远远超过了南极海冰增加的速度，并带有愈演愈烈的趋势。

我国学者通过被动微波遥感技术对全球海冰变化进行研究后得出了相似的结论，1979年至2014年北极海冰范围持续减少，南极海冰范围略微增加。即使在2015年这个有气象记录以来最暖的一年，北极海冰年内最大值创新低，南极海冰范围虽比2014年有所减小，但仍然较常年平均值偏大。

至于说为什么北极海冰在减少，而南极海冰会增多，科学家认为这跟南极洲与南大洋特殊的地质环境有关。北极为海洋，南极为大陆，南极洲的地形与周围海域的水深是海冰变化的主要影响因素，但是究竟哪种因素在促进南极海冰的形成与演化，目前还没有明确答案。从表面上看，南极与北极海冰似乎是存在着此消彼长的平衡关系，而科学的数据告诉我们，情况并不像我们想象的那么简单，全球变暖趋势依然存在。

冰川融化加剧恶性循环

之所以有人怀疑全球气候变暖理论，其中还有一个重要的原因，那就是混淆了海冰与冰川的关系。所谓海冰，是漂浮于海面上的冰体。根据简单的物理学常识我们可知，即使漂浮的海冰完全融化，也不会对全球的海平面造成什么影响。但是冰川却完全不同。冰川是由积雪形成的并能运动的冰体，俗称冰河，受重力和压力作用可发生流动，其流速为每年几米至数百米不等。世界上约10%的陆地面积覆盖着冰川，主要分布在南极冰盖和北极区的格陵兰冰盖，其它还有少量山岳冰川和山麓冰川。

海冰的消融是季节性变化，有增有减。对于冰川而言，尽管在它的源头也会有降雪在源源不断地补给，但流出的冰舌逐渐消融，速度大于源头粒雪盆的补给，这一大趋势使得冰川总量变化在短期内无法逆转。同样是南极冰盖的一部分，东南极冰盖和西南极冰盖还有着很大的不同。西南极冰盖是海洋性冰盖，它大部分地区位于海平面之下，最深处位于海平面2500米之下，即使冰全部融化对海平面的影响也十分有限，而东南极冰盖是南极洲最大同时也是地球上最大的陆地冰盖，最大厚度超过4800米，除个别小范围地区之外下伏基岩均在海平面以上。倘若这些冰川融化变成水汇入海洋，结果将不堪设想。早在1842年，就有一位名家麦克拉伦的科学家提出假说，他认为第四纪期间，由于气候的巨大变化，冰川随之消融和增长形成了冰期和间冰期。后来的研究逐渐证明，在17000-18000年前第四纪最后一次冰期的末期，世界海平面大致在现今海面以下100米处。后来随着冰川的大量消融，海面迅速上涨，大约到6000年前海面才接近于现今的位置。现如今，我们仍处在第四纪冰期之中，南极冰盖和格陵兰冰盖就是典型的证据。据估算，如果全球的冰川全部融化的话，将使海平面上升约65米。

托滕冰川的快速消退表明东南极冰盖并不稳定，这给我们释放了一个十分强烈的信号，原本认为可以让我们怀有侥幸心理的全球变暖和海平面上升将会来得更快，来得更猛烈，倘若现在不着手应对，灾难将会像多米诺骨牌一样，引发越来越严重的链式反应。全球变暖理所当然地会促进冰川融化，但冰川具有很强的反射能力，能够强烈地反射太阳辐射，而海水的比热容很大，能够吸收大量的太阳辐射，这一减一增之间，恰恰造成反射回去的太阳辐射变少了，吸收的太阳辐射增多了，将进一步加剧、恶化全球气候变暖。因此，从这个角度讲，冰川消融与全球变暖之间存在着不容忽视的恶性循环。

http://www.infzm.com/content/119031

科学家在南极发现7100万年前恐龙化石和遗迹

时间：2016-05-07 14:31:00 来源：腾讯网

　　据美国广播公司报道，一只科考队在艰苦寒冷的南极洲考察时，发现了总重超过一吨的恐龙化石与遗迹。这些化石甚至可以追溯到7100万年前。

　　“我们发现的东西包括蛇颈龙和沧龙，一种因为《侏罗纪世界》而出了名的海洋蜥蜴。”此次科考队成员，来自昆士兰大学的史蒂夫-萨利波利博士透露说。“我们发现了一些十分有价值的化石。它们大多是浅海岩石，因此大部分的化石生物都生活在海里。”他补充道。

　　萨利波利博士与他的团队还发现了一些鸟类化石，其中包括生活在白垩纪晚期的早期鸭类。

　　这只12人的考察小组由来自美国，澳大利亚与南非的科学家组成。他们一行前往詹姆斯-罗斯岛来探寻南极洲下掩藏的恐龙遗迹。

　　他们在维加半岛展开了活动，这里的岩石是南极少有的，能在夏季显露出冰面的土地之一。并且，这些岩石的历史可以追溯到恐龙生存的年代。

　　科考小组共采集了50个样本，每个样本相距100米。就这样，他们地毯式搜寻了这里的每一处岩石。萨利波利博士说：“如果我们的探险能激励更多的人来发掘南极的恐龙化石的话，我会倍受鼓舞的。”

目前，所有被发掘的化石都被送往了智利，并将随后被运送到卡耐基自然历史博物馆。那里将会进行进一步的研究工作。“很多大的化石都必须在研究前先进行修复工作。”萨利波利博士说，“最终报告需要一到两年时间才能得出。”

http://news.cnwest.com/content/2016-05/07/content_13814381.htm

气象学家的认识误区：南极冰盖形成源于陆海分布

我们在2013年撰文指出，根据莱伊尔的地质学原理，大陆分散在赤道可形成极热气候，大陆集中在两极可形成极冷气候。德雷克海峡通道的打通是在始新世和渐新世完成的。白垩纪的最强全球变暖与德雷克通道的封闭有关；德雷克海峡通道的打通隔断赤道向南极的热输送，使南极变冷，逐渐成为冰盖策源地，海冰的封堵和融化影响秘鲁寒流，被称为气候开关^[1-6]。

中生代时期，全球各大陆集中在一起，形成一个几乎从一个极延伸到另一个极其巨大的单一陆块，这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。在南、北两半球，一个单的环流系统作用范围至少达到纬度55度，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180度弧的旅途中被大大加热。

中始新世和早渐新世之间的总的温度下降，在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起：①德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道开始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路；②由于澳大利亚—新几内亚向北移动，吸热的赤道水面积缩小；③特提斯海关闭，不能使赤道环流通过^[1-4]。

Van Andel等人（1975）在分析了太平洋所有不整合之后提出，德雷克通道的打通可能形成了环极流，并隔断了对南极洲的向极热输送，因而产生了冰架和冷的底水。对第三纪早期普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，因而限制了大西洋与太平洋之间赤道水体的交换^[4]。同理，德雷克海峡被扩展的南极冰盖封闭，导致气候上隔离的环极西风漂流带的消失，加强赤道热流向两极的输送，使扩展冰盖趋于消失，是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因^[2-4]。

在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式是：南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻，导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快，部分受阻水流北上，加强秘鲁寒流，使东太平洋表面海水变冷，加强沃克环流及增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换，增温的南极环流使南极半岛的海水减少；南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，使部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流；结果使堆积在太平洋西部的暖水东流，减弱赤道太平洋热流与南极环流的热交换，降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制，称之为南极环大陆海冰的气候开关效应（图1）。

当南极洲的温度变冷时，存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态，阻塞环南极大陆的海流，加快南太平洋环流，并从向极方向连接南极洲热输送，从而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存很少海冰的德雷克通道处于开放状态，打通环南极大陆海流，减慢南太平洋环流，并从向极方向隔离南极洲热输送，因而使南极洲变冷。如图1所示，非洲海冰开关I，澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流，并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送，因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此，南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生，与南太平洋环流速度减慢与增加相对应^[1-7]。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-998883.html

图1. 全球气候的三个海冰启动开关示意图

地球历史上，气候冷暖确实与温室气体浓度有很好的对应关系，但并不表明温室气体增加是全球变暖的唯一原因，一个可能的模式是：德雷克海峡打通导致南极冰盖形成，南极冷水下沉导致海洋底层变冷，由于海底藏冷效应，海洋降温吸收大量温室气体，导致大气温室气体浓度下降，形成第四纪冰期气候。

图2 海底藏冷效应和海洋锅炉效应

有证据表明，中生代海洋底层温度为10-15℃，第四纪大冰期鼎盛时期降为0℃，目前为2℃。这是一个非常可靠的检验标准，我们离中生代温暖期相距十分遥远。

如果徳雷克海峡没有闭合，第四纪大冰期就不会结束，南极海冰消失就是气象学家的白日梦。

参考文献

1. Frakes, L. A., Climates throughout geologic time. ElsevierScientific Publishing Company[M], Amsterdam—Oxford—New York,1979. 182, 192, 200, 223, 315.

2．杨学祥。太平洋环流速度减慢的原因[J]。世界地质，2003，22（4）：380-384。

3．杨学祥。厄尔尼诺事件产生的原因与验证[J]。自然杂志，2004，26（3）：151－155。

4．Van Andel T H, Heath G R, Moore T C. Cenozoic history andpaleooceanography of the central equatorial Pacific Ocean[J].Geol. Soc. Am.,Mem., 1975, 143: 134

5．杨冬红，杨学祥。澳大利亚夏季大雪与南极海冰三个气候开关。地球物理学进展。2007，22（5）：1680-1685。

6. 杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.

7. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.