來源：中科院之聲
說到北極你會想到什么？無邊的冰雪、漫長的冬季、被海冰覆蓋的白色海洋……一直以來，這個面積廣大但人煙稀少的地區(qū)用她的美麗與神秘吸引著人們的目光，從對北極一無所知到開辟北極航道，這里一直激發(fā)著人類探索的欲望。近年來，北極再次成為人們關注的熱點問題，但這次人們議論的不是令人神往的美景與未知，而是讓人揪心的現(xiàn)實：北極海冰面積一再刷新最低記錄。
北極海冰持續(xù)減少，背后“黑手”究竟是誰？
北極作為地球的頂點之一，人類為探知這個地區(qū)的真相付出了極大的代價，探測手段也從原始的雪橇探險，發(fā)展為飛機測繪、潛艇、破冰船、無人設備的使用等等。自1979年以來，衛(wèi)星成為持續(xù)監(jiān)測北極冰變化的可靠工具。不斷進步的觀測技術(shù)帶來了更加豐富的數(shù)據(jù)，也讓全球變暖背景下北極海冰減少的事實清晰無比地呈現(xiàn)在世人面前：在過去的半個世紀中，北極的變暖速度約為全球變暖速度的兩倍。北極海冰急劇下降，成為了氣候變化的關鍵指標和“放大器”，氣候變暖加速了海冰融化，同時總體冰減少造成反射的太陽光減少，進一步導致氣候變暖。
北極地區(qū)長期極為寒冷的氣候特點使該地區(qū)存在著終年不化的厚厚冰層，稱為多年期海冰，它們用多變的形狀和低調(diào)的色彩展示著自己獨特的美。還有一些北極海冰則具有明顯的季節(jié)和年際變化：每年8-9月，北極冰蓋就會融化到科學家所說的“最小值”，隨著冬季來臨海溫降低，北冰洋及其周圍海域覆蓋的海冰覆蓋范圍就會擴大，到次年3~4月海冰范圍達到最大。這些海冰會隨著海溫高低出現(xiàn)年循環(huán)過程，影響著北極周圍的生態(tài)系統(tǒng)以及北極航線的安全。
近幾十年來，北極地區(qū)海冰覆蓋面積大幅下降，對依賴于冰川生活的動植物和土著人群產(chǎn)生了極大的影響。同時，冰川的消逝還可以通過改變中緯度地區(qū)氣候和天氣模式，海洋環(huán)流進而影響到更加遙遠的地區(qū)。導致北極變暖和海冰融化的各種潛在物理機制以及相對重要性仍然存在很多爭議，這是因為我們的地球系統(tǒng)是一個復雜的非線性相互作用的整體，各個圈層之間可以相互影響，比如時時刻刻在海洋上空奔騰不息但又“隱身”的大氣環(huán)流，就是造成冬季北極海冰面積減少幕后“黑手”其中之一。
“牽一發(fā)動全身”的天氣系統(tǒng)
冬季北極地區(qū)海冰減少主要有兩個關鍵區(qū)域：一個是北美高緯度地區(qū)（巴芬灣、哈德遜海峽及拉布拉多海）；一個是巴倫支海-喀拉海附近。其中巴倫支海-喀拉海是歐亞大陸寒潮發(fā)源地之一，是影響歐亞大陸冬季冷空氣活動的關鍵海區(qū)。近年來，北半球中緯地區(qū)極端強寒潮事件頻發(fā)，不少學者認為是巴倫支海-喀拉海的海冰迅速減少引發(fā)大氣環(huán)流的調(diào)整影響到中緯度地區(qū)。
北半球的西風帶里，大氣運動并不是直直的一條線，而是呈波浪起伏式。向北凸起的波峰稱為高壓脊，向南凹陷的波谷區(qū)就是低壓槽，脊的西面（術(shù)語“槽前脊后”）一般吹西南風輸送暖濕氣流，脊的東面（術(shù)語“槽后脊前”）一般吹東北風帶來干冷空氣。
有時西風帶槽脊在發(fā)展演變過程中，脊不斷北伸，它與南方暖空氣的聯(lián)系被冷空氣切斷，于是在脊的北邊出現(xiàn)一個孤立的閉合暖高壓中心。它經(jīng)常持續(xù)時間比較長而且很少移動，阻礙著西風帶里上游天氣系統(tǒng)向東移動，于是稱之為“阻塞高壓”。北半球阻塞高壓的形成與崩潰對我國的天氣和氣候有十分重要的作用：烏拉爾山阻塞高壓的崩潰經(jīng)常在東亞造成大范圍的寒潮，鄂霍次克海阻塞高壓的維持是我國梅雨發(fā)生的重要的大尺度環(huán)流條件。
阻塞高壓是北半球中高緯重要的天氣系統(tǒng)之一，它的建立和崩潰常常伴隨著一次大范圍甚至半球范圍的環(huán)流形式的劇烈轉(zhuǎn)變。大氣物理研究所羅德海團隊從事了一系列針對冬季烏拉爾阻塞高壓與北極海冰相互關系的研究，他們的結(jié)果表明，在北極增溫的背景下，歐亞中高緯度地區(qū)的經(jīng)向溫度梯度和西風減小，從而導致經(jīng)向位渦（PV）梯度減少，在這種環(huán)流背景下，烏拉爾阻塞會表現(xiàn)出準定常（不移動）的特征，同時其持續(xù)性也會變長。盤踞在烏拉爾山和新地島上空移動緩慢的阻塞高壓通過向下的長波輻射造成持久的海冰減少，最近二十年巴倫支-喀拉海海冰劇烈減少可能與準定常型烏拉爾阻塞的維持有關。同時，烏拉爾阻塞環(huán)流西側(cè)與上游北大西洋海平面氣壓場配合，有利于將低緯度地區(qū)暖濕水汽輸送到北極，造成巴倫支海-喀拉海地區(qū)的海冰持續(xù)減少；烏拉爾阻塞環(huán)流東側(cè)則將高緯度地區(qū)的冷空氣持續(xù)向歐亞中緯度地區(qū)輸送，使得該地區(qū)極端冷事件的發(fā)生頻率顯著增加。
一個尚未解開的謎團
科學家的研究結(jié)果表明，海冰減少和中緯度極端冬季之間存在關聯(lián)，但這并不意味著一個直接導致了另一個，而是兩者同時受到相同的大尺度大氣環(huán)流的影響。地球各圈層間的相互影響有點類似于“雞與蛋溯源”，也許北極海冰減少不是亞洲冬季寒冷的直接原因，但是大氣環(huán)流影響下海冰覆蓋面積的減少意味著開闊水域面積的增加，這讓海洋在冬季向大氣釋放更多熱量，這將進一步改變大氣環(huán)流，可能使寒冷冬季將變得更加頻繁和嚴重。隨著全球變暖問題日益嚴峻，對北冰洋整體海冰和各海區(qū)的變化，以及海洋-海冰-大氣相互關聯(lián)規(guī)律的認識更為重要。日前， IOP出版社公布的“中國高被引文章獎”獲獎名單中，就包括了大氣所研究員羅德海及其合作者關于北極海冰減少系列研究中的一篇文章 Atmospheric circulation patterns which promote winter Arctic sea ice decline ，是此次環(huán)境科學領域僅有的兩篇高被引論文之一。該文章于2017年發(fā)表在 Environmental Research Letters 期刊上。
三極地區(qū)（北極、南極、青藏高原）受氣候變化的影響要高于全球平均水平，北極冰層變得越來越薄，越來越多古老而厚的冰層在消失，即使在某些短暫的冷空氣作用下水域重新結(jié)冰，但是新的冰層更薄、更脆弱，當溫度稍微回升便會導致新的“大開口”。變薄的海冰降低了海冰系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更具有流動性，隨著移動速度加快，冰層更容易進入更加溫暖的海洋，然后融化。而這發(fā)生在千萬里之外的事情并非與我們毫無關系，海冰范圍快速消退與亞洲極端寒潮事件如何關聯(lián)？是否會造成其他極端天氣出現(xiàn)？這一切都還屬于未知。
