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NO.2003-北极又双叒高温
作者：小凯
校稿：辜汉膺 / 编辑：养乐多
近来，北极的持续高温引发了人们对气候变暖的担忧。高温不但会对北极地区脆弱的生态环境构成重大威胁，也会影响全球气候的稳定。
此外消融的海冰不但会引发海平面上涨，也会释放封锁在冰层中的温室气体和远古的细菌、病毒。
北极的动物们是气候变暖的早期体验者
（图：shutterstock）▼
北极又“发高烧”
欧盟哥白尼计划的卫星传回的数据显示，西伯利亚各地的地表温度普遍超过35℃，在维克霍扬斯克镇附近达到了48℃。西伯利亚的地表温度记录被打破，北极迎来了“令人难以置信的”热浪。
西伯利亚今年6月20日的地表温度示意
而当地的体感温度和气温均刷新了历史记录
（图：copernicus.eu）▼
需要注意的是，这里所讲的是地表温度，而不是气温。地表温度受到地表类型的影响更大，比如夏天的柏油马路的温度比草地的温度要高得多，同时夏季白天的地表温度也会大于气温。
大家所说的夏季农村比城市凉快，也有地表类型的因素
这也是现在城市基建越来越注重绿化占比的一个原因
（图：微言青春2016/图虫创意）▼
但是根据观测记录，北极一些地区的5月份平均气温已经达到了30℃，而这样的温度一般只会出现在夏季，北极的确出现了异常的高温。
最近几年，北极高温的新闻已经不止一次出现。2015年、2017年和2018年冬季，本应是北极在一年中最冷的时刻，北极圈内的北欧地区温度却到达零上，高出往年30度。
2018年2月26日的全球温度异常地图
可以看到北极温度高于平均水平太多了..
（图：climatereanalyzer.org）▼
2018年夏季，欧洲多国持续受到热浪侵袭，欧洲气象网站“恶劣天气（severe-weather）”数据显示，位于北极圈内的挪威班纳克在7月30日测到32摄氏度的气温。
2020年8月，世界气象组织（WMO）表示，西伯利亚地区超常和持续已久的高温加剧北极野火的空前发生，碳排放量激增，7月下旬，西伯利亚部分地区气温再次超过30℃。似乎这几年来，北极“高烧”总在复发，而且一年比一年严重。
据多个气象机构及俄罗斯官方证实
西伯利亚野火的烟雾已经到达了北极，也是有记录以来的首次
（哥白尼 Sentinel-3 卫星于8 月 2 日获取）
（图：copernicus.eu）▼
除了温度的监测记录，北极海冰忠实的记录了北极气候的变化。在北冰洋上漂浮着广阔的冰层，其厚度可以达到5m，被称之为北极海冰。
北极海冰的零散程度也能反映着气温的高低
（图：shutterstock）▼
根据美国国家冰雪数据中心所收集的数据，北极海冰已呈长期缩减趋势。相比20世纪末，夏季海冰面积减少了2.0*10^6km^2，冬季海冰的厚度则在过去30年间至少变薄了1.75m，相当一部分多年来不会完全融化的海冰（多年冰）转变成了一年中融化又重新形成的季节性冰（一年冰）。
自1970年代以来，北极常年海冰以每十年 9% 的速度减少
这其中工业革命历史悠久的欧美国家造成的升温
占了很大一部分的原因
（图：NASA-地球观测站）▼
每日海冰记录（图：NSIDC）▼
北极“发烧”的病因
那么北极为什么会出现这样的高温呢？我们首先来看看今年这次北极高温的问题，为什么维克霍扬斯克镇一天中的最高温度可以达到如此高，然后再从更长时间尺度，更大空间空间尺度上，从气候学的角度看看北极变暖的问题。
2020年是北极有记录以来第二热的年份
而2021年刚过半热浪持续扑袭而去
有望刷新记录（不是好事）
（底图：copernicus.eu）▼
这次发生高温地区主要受到持续维持的阻塞高压的影响。阻塞高压是指，在高空西风带长波槽脊的发展演变过程中，在脊不断北伸时，其南部与南方暖空气的联系会被冷空气切断，在脊的北边出现闭合环流，形成的暖高压中心。
高压造成空气下沉运动，而下沉运动中的空气温度会自然增加，被称为绝热升温，同时下沉运动不利于水汽凝结形成云雨天气，晴朗少云的天气就导致地表接收的太阳辐射的增加而增温。
南方的暖气流不断北上，北方的冷空气则南下
脊处的气压较高，空气以顺时针下降形成反气旋
以至于此处水蒸气难以凝结▼
这段时间的西伯利亚上空形成了阻塞高压，其移动缓慢，持续时间比较长，因此是造成这次俄罗斯萨哈共和国范围内的高温天气的重要原因。
从气候学的角度来讲，北极地区出现高出历史平均温度十几度高温的现象，可以被看作是极端事件。IPCC报告指出在全球变暖背景下，全球极端事件发生的概率将大大增加，因此我们需要从更大的视角观察这次的气候事件。
第一，在全球变暖的大背景下，北极难以“独善其身”。由于工业革命以来，人类向大气中排放了过量的二氧化碳，而其温室效应使得全球平均温度在1880年到2020年间上升了约1℃。
工业革命至今，大气中的二氧化碳增量超过45%
人类活动所需的能源排放了过多额外的二氧化碳
其在大气和海洋中将会持续数千年
（数据参考：NOAA）▼
从更长时间尺度来看，在地球的演化历史中，如今的气温并不算高，我们处在气候学家所定义的“冰室气候”中，但是需要警觉的是，全球平均气温在最近100年的上升速度骇人听闻，人类活动对于气候变化的影响显而易见。而发生在北极的变化显著地“指示”了这一全球性的气候变化。
无论是不断变迁的地质还是在冰室和温室之间变换的气候
对地球来说都是正常的变化
但只有极短的时间邦是适宜人类生存的
人类无节制的工业活动只是在缩短这个时间而已
（地质时间螺旋 图：USGS）▼
第二，北极放大效应加剧了北极变暖。本世纪以来，北极地区温度增加的幅度是全球平均水平的2倍，这样的现象被称为“北极放大”现象。科学家提出了一些北极放大的成因，但还存在争议，其中最主要的是海冰消融，大气温度，云及水汽的反馈作用。
在这60年里的增温趋势中
北极得到大部分地区都高于地球其他地区，高达4℃
北极的各种特点在气候变化面前又反噬给了北极
（图：NASA GISS）▼
先说海冰消融的反馈作用。更能反射太阳辐射的海冰变成了开阔的水面，导致海洋在夏季可以吸收更多的热量，并在秋冬季释放到大气中，造成地面温度的升高。气温升高又会使海冰更少，从而形成了正反馈作用，使北极增暖的信号被放大。
冰盖，海冰，雪面的反射率都远高于水面和陆地
海冰的消融扩大了高吸收率区域的面积，造成持续的变暖循环
（数据仅作对比示意，不作最终解释）
（底图：shutterstock）▼
其次是大气温度反馈作用。北极地区接收了更多的辐射，温度自然上升，而温度升高后向外的辐射也会增强，从而重新达到平衡。但是温度变化了多少则和其本身的温度高低有关，根据普朗克定律，温度越高，温度的变化也就越大，所以在寒冷的北极地区的增温也就会比温暖的热带地区更大。此外，由于北极地区的增温主要在大气的低层，而热带地区主要在中高层，因此大气增温对于北极地表温度升高影响更显著。
地球不同地区的热辐射强度因温度和吸收能量等而有差异
（图：science.nasa.gov）▼
再次是云和水汽的反馈作用。大气温度升高后，空气中水汽的容量会增加，而且会使下垫面蒸发增加，这在较为寒冷的北极海域上尤为显著。水汽作为比二氧化碳更高效的一种温室气体对北极地区的温度贡献很大。另一方面，由于大气中水汽的增加也会带来云的同步变化，云在北极地区往往扮演了反射太阳光而使北极地区降温的角色。
入射辐射有些会被云层反射
还有一部分被大气吸收和被地球表面吸收
（底图：shutterstock）▼
总的来说，在北极地区本来就被海冰覆盖的冬春季，太阳辐射较弱，大量的太阳辐射本就可以被反射，云的影响不显著，而水汽的影响显著，因此云和水汽的反馈作用表现为使北极地区增温；相反到了夏季和秋季，北极地区的太阳辐射增强，海冰消融后的开阔水面增加，云的影响较冬春季更大，而云和水汽的总的反馈作用也就不显著了。
北极变暖对全球和我国气候的影响
北极地区的温度异常绝不是爱斯基摩人减两件衣服的事，而是关乎全球气候的重要气候变化，对于我们国家地区气候也有这很重要的影响。
第一，北极地区增暖使格陵兰冰融化。在北极地区的世界第一大岛——格陵兰岛上，超过180万平方公里的陆地范围内覆盖着平均厚度超过2300米的冰盖——格陵兰冰盖，其面积比两个东三省面积还要大，如果其完全融化，海平面上升将会超过7米。
格陵兰冰盖仅次于南极冰盖
两个冰盖包含地球上 99% 以上的淡水冰
冰盖积聚的雪量只要能与流失到海洋中的雪量相同
其就会保持长期的稳定
（图：壹图网）▼
当然，在本世纪其融化量将不会有这么大。根据科学家预测，在现在北极变暖的趋势延续的情况下，在2100年北极地区年平均温度增加达到1.3℃，格陵兰冰盖融化造成的海平面上升将达到18厘米。要知道，从工业革命（1850年）以来，海平面上升了25厘米左右，就已经给人类造成了巨大的麻烦。
虽然每年同比历史平均的地表融化和总融化面积略有不同
但冰盖的总体融化速度因全球变暖的影响而加快
不久的将来，对人类生存空间的反噬也会更加严重
（底图：NSIDC）▼
第二，北极变暖将导致永冻层消融。冰可以像水泥一样，起着粘合剂的作用，把土壤粘合在一起，形成冻土。冻土的上层每年夏季会融化，冬季又冻结，被称活动层；地表30~40公分之下才是永冻层，常年处在冻结状态，而西伯利亚的很多地区的永冻层已经稳定存在数千年到几万年。
活动层每年都可解冻再结冻，并不总是和白雪皑皑低温相随
其融化属于正常现象，
而永冻层的融化就需要多年的气候异常变化来背锅了
（图：shutterstock）▼
永冻层的融化导致其含有的有机物解冻，微生物开始分解这些有机质，释放出大量二氧化碳，北极海底、湿地和湖泊下永冻层的融化则释放大量甲烷气体，而甲烷的温室效应是二氧化碳的30倍。另一方面，永冻层中保存的远古病毒和细菌将会被唤醒。新冠病毒给全人类带来如此大的挑战，很难想象更多未知的病毒和细菌将会使全球公共卫生体系面临怎样的难题。
冻土融化过快会增加热熔岩的面积，水也会流失或蒸发到空气中
植物资源等减少，压缩动物生存空间
储存了巨大碳量的永久冻土融化
又会释放大量的温室气体加剧全球变暖
（图：壹图网）▼
第三，北极气候变化显著影响我国气候。北极冬季的异常变暖和我们国家冬季寒潮密切相关。大家还对去年冬天的剧烈的寒潮记忆犹新，同时，去年的北极海冰夏季海冰达到了历史第二少，标志着去年北极是异常温暖的。冬季的极地涡旋受到增暖的影响后变得不稳定，其对冷空气的控制力就大大减弱，冷空气在欧亚大陆上一路南下就带来了去年冬天的剧烈寒潮。
极地涡旋是北极上空平流层中的巨大寒冷风环流
当被急流影响了稳定是导致冷空气南下，造成北半球的寒潮
（图：NOAA）▼
( 2020年12月1日至2021年2月1日的极地涡旋）
（图：esa.int）▼
还有研究表明，北极温度升高导致北极-热带的温度梯度减小，使得中纬度带状风减弱，进而使中纬度的天气系统持续时间更长，极端天气事件更多，比如发生在我国的干旱、热浪和严寒将更严重。也有人认为北极秋季海冰的减少是2008年中国1～2月的冻雨的主要原因。
北极的气候变化是人类对于全球气候影响的缩影，北极高温用更有力的方式给人类敲响了全球变暖的警钟。在自然面前人类是渺小的，却又是坚强、智慧和拥有无限潜能的。
频频出现的千年一遇，有史以来
都是在警示人类要和自然和平相处
（图：shutterstock）▼
事实上，我们已经在治理气候问题上做出了很多重要规划，采取了很多实际行动。2016年起，由全世界178个缔约方共同签署的《巴黎协定》正式实施，力图将全球平均气温相较工业革命前水平的上升幅度限制在1.5摄氏度以内。中国去年在联合国大会上作出了“碳达峰”和“碳中和”的承诺，今年7月份就开放了全国碳排放交易市场。
我们在应对“全球变暖”这个在一定程度上不可挽回的局面时，既需要时刻谨慎又需要保持自信。
参考文献：
1.https://www.independent.co.uk/climate-change/news/arctic-circle-summer-global-warming-b1875285.html
2.https://www.livescience.com/hottest-arctic-circle-temperature-ever-siberia.html
3.http://www.cma.gov.cn/2011xwzx/spxw/201808/t20180804_475250.html
4.http://www.adearth.ac.cn/article/2015/1001-8166-30-9-985.html
5.http://www.adearth.ac.cn/CN/10.11867/j.issn.1001-8166.2019.03.0232
6.http://www.cma.gov.cn/kppd/kppdrt/202101/t20210114_570122.html
*本文内容为作者提供，不代表地球知识局立场
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