本文摘要：▲气候危机下的格陵兰岛。2016年夏季，格陵兰冰盖的总量超过了自2002年有卫星观测记录以来的历史最低值。（东方IC/Barbara Dombrowski/图）2003年，还包括我在内的25位科学家或许对北极的变化产生了某种证悟。 当时美国自然科学基金委员会邀我们到蒙大拿州的长空之乡（Big Sky）参与一次讨论会。在这次会议之前，我们每个人都在积极开展关于北极的研究，但侧重点意味着局限在各自研究的几个问题上。

▲气候危机下的格陵兰岛。2016年夏季，格陵兰冰盖的总量超过了自2002年有卫星观测记录以来的历史最低值。（东方IC/Barbara Dombrowski/图）2003年，还包括我在内的25位科学家或许对北极的变化产生了某种证悟。

当时美国自然科学基金委员会邀我们到蒙大拿州的长空之乡（Big Sky）参与一次讨论会。在这次会议之前，我们每个人都在积极开展关于北极的研究，但侧重点意味着局限在各自研究的几个问题上。当联合共享了自己的研究进展后，大家吃惊地意识到：我们分别从有所不同的方向研究北极，但是这些有所不同的方向和内容所带给的进展不存在着内在联系，方方面面的变化都能极致地契合在一起。

北极的整个气象环境系统正在朝岌岌可危的方向演进，并且，制止这种变化趋势的可能性早已微乎其微了。在此前公开发表的一篇论文中，我们获得了令人震惊的结论，当然这个观点也极具争议性：以目前的变化速率推算出，在一个世纪以内，北冰洋就有可能在某个夏季经常出现海冰全部消失的情况，这种情景在过去几千年来未曾再次发生过。现在，我再度深感愤慨，因为北极在夏季经常出现零冰层的现象很有可能在2040年前就不会再次发生，这比我们十多年前的预测整整提早了60年。北极正在向着科学家预期的情况演进，但是变化的速度将比最保守的预测还要慢。

而近期在北极再次发生的一些现象也是前所未有的，很多维持了几十年的纪录被超越，其中还包括夏季海冰的消失程度、冬季海冰的增加量、北极气温增高的速率和北极地表的融化等等。这样的趋势不会给世界带给严重后果。在12.5万年前，北极的气候曾多次经常出现过比现在略为稍变暖的情况，当时的海平面早已比现在的状态低4到6米了。一旦海平面超过这个高度，将不会完全水淹迈阿密、新奥尔良、弗吉尼亚海军基地、纽约的大部分地区，像硅谷、威尼斯、伦敦等世界上十分最重要的城市和区域也不会遭水淹。

新的研究指出，北极较慢增暖也有可能使高空西风急流背离原本长时间的轨迹。这不会造成灾害性的天气持续更长的时间。北美、欧洲中部和亚洲地区都会受到影响，几百万人口也不会受到热浪、旱季或者风暴的持续肆虐。

在气候气候变化的大背景下，北冰洋南部的浮游生物正在大规模快速增长，这可能会造成保持当地商业渔业所需的食物链遭到毁坏。当海冰大量融化以后，也不会让体量极大的淡水涌进格陵兰南部。这有可能减慢墨西哥湾暖流的流速，进而造成大西洋东西两岸大陆上的天气趋势再次发生明显变化。可是，是什么造成了北极经常出现如此不利的变化？1“永久性”近于冰消失？北极地区对气候变化十分脆弱。

对于整个地球气候系统而言，北极就看起来“煤矿中的金丝雀”（多年前，煤矿工人把金丝雀放进井下，检验矿井中若无危害气体和污染物）。过去几年中，一连串被超越的纪录出了扎实的证据，检验了过去几十年间令人紧绷的气候仿真结果，而这也恰好切中了北极变化的敌。困难的是，观测数据说明了了比预测更加不利的事实，我们仿真的结果或许相比之下高估了北极正在再次发生的变化。

意味着在过去的40年中，北冰洋夏季的海冰面积就早已衰退了一半。全年的海冰体量也在逐步上升。目前的体量仅有为20世纪80年代早期的四分之一。

科学家原本推断，最少要到本世纪中叶，北极海冰的体量才不会增大到如此较低的程度。夏季海冰之所以较慢消失，可以归咎于对系统效应（一种可以将原本较为小的变化很快缩放的恶性循环）。例如，当少量额外的热量融化了大洋表面洁白明亮的海冰后，更加多颜色较深的海洋水体就不会曝露独自，这不会造成被冰面光线返太空的太阳辐射显著增加，换句话说，海表将不会吸取更好的热量。

被海表吸取的热量不会之后冷却该区域，融化更好的海冰，造成气候变化更进一步激化。在北极地区，冬季没光照，但另一种反馈机制却不会发挥作用。一般来说，飘浮在北冰洋海面上的海冰就像一块极大的隔热板，挡住了海洋中的水汽和热量向大气中运送。

海冰增加后，更好的热量和水汽就不会逸散到大气中，冷却大气，减缓海冰的分解。在计算出来系统不作推断时，整个仿真的过程往往不会大幅度高估海冰消失的速度，从而造成对未来气候变化速率的估值偏向激进。除了正在消失的北极海冰之外，另外两种“永久性近于冰”的较慢增加，也让我们和其他研究极地环境的科学家彻夜难眠。

其中一种是多年冻土，这种冻土本来应当全年都保持着冰冻状态，但现在它们开始消融了。辟在多年冻土上的建筑物渐渐倒塌，生长在冻土上的树木在倒地，道路也开始倾斜变形了。

当冻土结冰了几千年的有机质被释放出后，细菌就不会把它们分解成沦为二氧化碳（在有氧环境下）或甲烷（无氧环境下）。北极地区的多年冻土中，碳储量约是目前大气中的2倍，因此多年冻土的大规模消融不会给全球气候变化的进程带给很大的影响，反过来，这个过程又不会更进一步加快冻土消融。很失望，目前计算机仿真并无法精确地还原成冻土消融带给的影响，因此，科学家对全球气候变化的预估相当严重高于现实进程。第三种永久性近于冰是在陆地表面融化的水体，还包括冰川和格陵兰地区可观的冰盖，它们厚度可以在千米以上。

与海冰融化产生的间接效应有所不同，这类近于冰融化构成的径流在转入海洋后，不会必要下沉海平面的高度，给全球所有沿海区域带给可怕后果。2016年夏季，格陵兰冰盖的总量（通过卫星观测其对地球重力的影响来测算）超过了自2002年有卫星观测纪录以来的历史最低值。同时，这一年的冰盖总量也高于20世纪50年代末期以来用其他观测手段观测到的冰盖量。一份近期的研究指出，格陵兰地表冰盖加快融化与海冰增加造成的气候变化也有密切的联系。

2暖湿的大气海冰的增加和北极地区较慢加剧还产生了其他深远影响的影响。这两种变化不会联合转变大气上层的风，从而将额外的热量和水汽从低纬度地区输送到北极。

2012年，格陵兰地表冰层融化就是由于大气中仍然保持着出现异常衰弱的高压脊，也就是所谓的堵塞高压。堵塞高压不仅从南方带给了热量和水汽，还带给了北半球山火自燃后的灰烬和颗粒。

这些灰烬颗粒会令冰和雪的表面变暗（不会减少冰层和雪面的反射率），造成冰雪表面吸取更好的太阳辐射，加快融化。这又不会构成我们之前提及的恶性循环。将近几十年来，堵塞高压在格陵兰地区附近的再次发生频率更加低了，夏季时最为显著。从另一个侧面来讲，堵塞高压活动的减少，也许可以说明冰盖加快消融的现象。

在当地，2016年夏季冰量的增加幅度可以排在有记录以来的第三位，次于2010年和2012年的海冰增加。我和同事们的近期研究指出，堵塞高压的频密再次发生近于有可能与全球气候变化密切涉及。

然而，计算机仿真还是很难较为现实地重现堵塞高压构成和瓦解的过程，因此也很难预测堵塞高压未来的变化趋势和特征。北极的其他变化某种程度十分奇特。在过去两年的冬季里，北极点附近倒数再次发生了创纪录的热浪事件，并且一次比一次稍变暖。

海冰的增加和增厚是部分原因，二者不会造成海洋的热量更容易转入大气。高空西风急流的南北转动也不会将大量暖湿空气输送到高纬度地区，这些暖湿空气的量也一次次地突破了记录。科学家往往很更容易忽视额外的水汽产生的影响。

首先，水汽是一种温室气体，在北极干冷的大气环境中，即便额外减少微量的水汽都可以制止大量的热量向外散失。而且这些水汽在凝固成云的过程中还不会获释凝固潜热，更进一步冷却大气。最后，云量激增不会使更加多的热量受困在云层下方的低层大气中，从而沦为造成北极加快融化的另一种诱因。

3更好的极端事件从历史上看，目前北极的变化是人类经历过的最轻微的一次。鉴于事实已十分显著，大气学家正在企图搞清楚北极的变化对人类社会和生态系统不会产生什么样的影响。

通过这些研究，我们可以作出合理的决策，有针对性地应付未来有可能再次发生的现象。在所有问题中，最显著的影响是沿海地区有可能遭遇洪灾。根据“忧思科学家联盟”最近公开发表的一份报告表明，在20年内，美国约有170多个沿海地区不会定期受到洪水的袭扰。

到本世纪末，如果各个国家依旧我行我素地废气二氧化碳，多数沿海大城市将常常遭到洪水的攻击。这份尤其具备前瞻性意义的报告恰好是在哈维飓风、厄玛飓风和玛利亚飓风来临之前的几周公开发表的。陆续来临的三场飓风也让当季沦为美国历史上灾情最轻、经济损失仅次于的一次飓风季。

现在，更加多的证据指出，北极地区低层大气气候变化可以影响对流层高层的西风急流，这种影响甚至可以抵达平流层，那里刚好是构成环绕着北极的涡旋风的地方。在蜿蜒的急流中，急流北侧的脊和南侧的槽会产生高压和高压中心，也就是我们在天气图上看见标记着字母“H”和“L”的地方。

急流的蜿蜒运动控制着北半球天气的构成和发展。不过，如果蜿蜒运动的幅度过于大，频率太高，我们将不会在数以十亿人存活的地区看到更加频密的极端天气。因为蜿蜒幅度较小的急流从西至东移动时，速度不会减缓，这不会使急流启动时的天气现象在对应地区逗留的时间逆宽。

比如，连续不断的热浪、持续性的强降水等等，就像在2017年8月攻击了休斯敦的哈维飓风一样，它就是移动较慢的飓风。此前，加利福尼亚州曾经历了出现异常反感的山火季，这也跟蜿蜒运动有关。急流的大幅波动和北极的反感气候变化可以使极涡（在极地高空，为了确保在空气膨胀沉降后质量仍然倒数，空气不会向沉降区汇入，并在高空构成一个高压性质的涡旋，这个涡旋称作极地涡旋，也就是极涡）活动出现异常，这不会导致结冰时间缩短或者暴风雪时间缩短。

2018年1月初攻击美国北部地区的持续性寒冷就是此类影响的一次实例。极涡的瓦解某种程度可以导致急流在南北方向上的大幅转动，这不会将大量的暖空气输送到阿拉斯加甚至比这里更加偏北的地区。因此，又不会让涉及地区经常出现不可思议的冬季热浪，并通过之前提及过的反馈机制加快北极气候变化。

一些研究指出，北极气候变化与急流蜿蜒的形态密切相关。当然，其他研究则指出将二者联系一起的证据并不充份。

北极较慢气候变化很有可能明显地转变陆地和海洋生物的栖息于环境。事实上，这种影响早已开始显出。

当海冰削减后，浮游生物开始经常出现在一些高纬度区域，它们在原本过分严寒的地区和季节里渐渐兴盛一起。这不会更有低纬度的鱼类向北极水域挤满，低纬度地区的鱼类资源则不会大大减少甚至消失。春天时，高纬度地区融雪时间提早早已造成当地的苔原提早变绿，虫卵男孩子。迁徙的鸟类原本会通过白昼的长短变化、植被变绿的时间以及昆虫的活跃期来辨别季节的变化，但是，提早变绿的苔原和提早产卵的昆虫会令在高纬地区捕食的鸟类面对障碍，因为它们到达的时间很有可能晚于合适捕食的时段。

与此同时，北极地区的居民也感受到了北极变化的影响。海冰的融化使他们无法在传统的狩猎地区狩猎。

原本受到沿岸海冰维护而免遭海浪风化的居住地也经常出现了问题，这些地区在海冰消融后都受到了大浪风化的威胁。更加困难的是，一些大国和大型商业公司开始涌进北极，企图提供海冰融化后带给的自然资源，他们不会抢走宽广肥沃的海床，进而导致国际关系紧绷。

每当长久的极端天气在部分地区侵袭，或者关于北极的一些纪录再度被超越时，各位科研人员在长空之乡会议上展出的进展就不会在的我脑海中再现。现在，就连我的邻居们都开始注目和谈论北极的变化了。调查表明，大多数美国人指出，北极冰的消失和急流变异等问题可以相互作用，联合引起变化无常的天气现象。也许，曾多次的北极可能会变得无情，但总体来说是平稳的。

现在，北极显得更为阴晴不定，甚至早已在全球范围内引起了一系列连锁反应，而它所经历的这些变化很有可能是不可逆的。更进一步必须质问的是，这些影响否可以防止？这个问题的答案也许不是非常简单地“是”或“不是”。因为气候系统的号召迟缓于大气中二氧化碳含量上升的速度，并且二氧化碳在大气中的生命周期很长，所以现在大气中的二氧化碳含量早已可以对未来的气候系统导致影响。

但是，如果人类迅速作出号召，很快减少二氧化碳的废气，甚至研发需要从大气中萃取碳的方法，那么未来北极变化的幅度和速度还是未来将会减少。虽然目前两种减慢温室气体的方法都获得了不俗的进展，但是对于减少大气中的二氧化碳含量来说，我们的贡献还是太小，甚至可以说道有些为时已晚。现在，我们于是以航行在不得而知的海域里，我们能做到的也许只有随时准备好应付极端异常情况。

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