2024年是中國極地考察40周年。40年來,在黨的領(lǐng)導(dǎo)下,我國極地事業(yè)從無到有、由弱到強(qiáng),一代代極地工作者勇斗極寒、堅忍不拔、拼搏奉獻(xiàn)、嚴(yán)謹(jǐn)求實、辛勤工作,取得了豐碩成果。位于地球最南端、神秘遙遠(yuǎn)的“冰雪大陸”南極洲是進(jìn)行科學(xué)研究的“圣殿”,一批又一批中國科考健兒奔赴南極,他們到南極探索什么科學(xué)奧秘?他們?nèi)绾芜M(jìn)行科學(xué)探索?取得哪些科研成果?南極還有哪些未解之謎?新華訪談聯(lián)合新華社上海分社“上天入海”工作室,圍繞南極的氣候變化、冰蓋穩(wěn)定性、海冰融化、天文發(fā)展、動物狀況等領(lǐng)域推出系列訪談“探南極”。
南極大陸被南大洋緊緊環(huán)繞。每年冬季,南極大陸周圍都會結(jié)滿厚厚的海冰,面積甚至超過南極大陸;每年夏季,海冰迅速消融,最多時面積也相當(dāng)于南極大陸。這一年一度的“盛事”,堪稱地球上一幕最為壯麗的季節(jié)性變化,是全球氣候系統(tǒng)主要影響因素之一。海冰觀測,是我國南極考察長期堅持的一個科學(xué)項目。面對全球氣候變暖,南極海冰正在發(fā)生什么響應(yīng)?海冰融化有多嚴(yán)重?
“探南極”系列本期專訪第36次南極科學(xué)考察隊員、中山大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院趙羲,第38次南極科學(xué)考察隊員、中山大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院鄭雷。
南大洋上正在融化的海冰。 新華社記者 張建松 攝
新華網(wǎng):請問中山大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)科學(xué)團(tuán)隊采用何種方法監(jiān)測南極海冰變化?
趙羲:由于南極海冰分布范圍廣、季節(jié)差異大,動態(tài)變化快,衛(wèi)星遙感技術(shù)是監(jiān)測南極海冰變化最主要的手段。中山大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院有一支專門攻克極地遙感技術(shù)難題的研究團(tuán)隊,由四次前往南極科考的程曉教授牽頭,18位年輕的科研人員組成,利用主被動微波、可見光、熱紅外以及現(xiàn)場航空觀測等多源遙感數(shù)據(jù),對海冰密集度、厚度、漂移速度、表面溫度、冰上積雪、冰間水道、冰間湖等多個海冰物理參數(shù)和多尺度海冰現(xiàn)象進(jìn)行精確的海冰遙感反演和制圖。一方面針對反演技術(shù)的精度不足不斷進(jìn)行方法創(chuàng)新和迭代,大力推動國產(chǎn)衛(wèi)星的海冰遙感產(chǎn)品發(fā)展。另一方面,這些海冰遙感技術(shù)也為我國南極考察現(xiàn)場作業(yè)提供重要支撐,為北極海冰區(qū)航道開發(fā)和航行安全提供關(guān)鍵技術(shù)保障。
中山大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院團(tuán)隊合影。(受訪者供圖)
新華網(wǎng):根據(jù)近年來的監(jiān)測研究,南極海冰融化有什么明顯特征?
趙羲:南極海冰由海水結(jié)冰而成,具有很強(qiáng)的季節(jié)性特征。一般來說,在南半球冬季,南極海冰面積可達(dá)到1800萬平方公里,是南極大陸的1.5倍;而在夏末秋初,會縮小到400-600萬平方公里左右。1980-2014年,南極海冰面積持續(xù)增長,2014年冬季甚至達(dá)到了2000萬平方公里,一度被認(rèn)為是全球氣候變暖的反例,被稱為“南極海冰悖論”。
然而,2016年南極海冰突然出現(xiàn)“崩潰式消融”,夏季海冰面積減少到只有300-400萬平方公里,并在2017年2月南極海冰面積首次低于200萬平方公里。此后,南極海冰面積一直保持低位。2023年7月,南極海冰平均面積約1059萬平方公里,較2022年同期(1191萬)減少132萬平方公里,較1981-2010年歷史平均(1275萬)減少216萬平方公里。
值得關(guān)注的是,南極海冰在總面積減少的同時,還存在著顯著的局地性變化。例如,西南極和南極半島附近的阿蒙森海與威德爾海的海冰持續(xù)快速消融。
趙羲在南極考察工作中。(受訪者供圖)
新華網(wǎng):造成南極海冰融化的原因是什么?
趙羲:與全球氣候變率密切相關(guān)的四個大氣驅(qū)動因素促成了南極海冰的快速減少,包括持續(xù)正位相的南極濤動,中等強(qiáng)度的拉尼娜事件,負(fù)位相的太平洋年代際濤動與大西洋多年代際濤動。這四個因素導(dǎo)致阿蒙森海低壓異常加強(qiáng)和向西南移動,使得別林斯高晉海和南極半島東側(cè)的海冰大幅度減少。結(jié)合西風(fēng)帶的加強(qiáng)和南移,埃克曼上升流增強(qiáng)促進(jìn)了次表層暖水向上的輸送,導(dǎo)致海冰減少。
極地是影響全球氣候的“穩(wěn)定器”,也是“放大器”。近年來,南極氣候環(huán)境正經(jīng)歷快速而劇烈的變化,海冰面積“先增后減”。但目前尚不明確創(chuàng)下歷史新低的南極海冰面積是一個短暫的異常現(xiàn)象,還是極地氣候穩(wěn)健轉(zhuǎn)變的早期證據(jù)。科學(xué)界對南極海冰2014年前增長及2016年后崩潰式消融的主要原因,還沒有完全搞清楚,尚需進(jìn)一步深入研究。
鄭雷在南極考察工作中。(受訪者供圖)
新華網(wǎng):南極海冰融化對全球氣候變化會帶來什么影響?
鄭雷:南北兩極猶如安裝在地球兩端的‘空調(diào)冷凝器’,如果海冰面積銳減,首當(dāng)其沖的是冷凝器作用減弱,從而加劇全球變暖。同時通過影響大洋溫鹽環(huán)流,進(jìn)而影響全球能量平衡,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)一系列變化。
大氣環(huán)流:南極海冰的減少會改變局地?zé)崃l件,南極海冰減少會通過海-氣耦合過程影響到熱帶海溫和降水,從而對全球氣候都會產(chǎn)生一定的影響。
海洋環(huán)流:南極海冰融化會改變海洋的鹽度和溫度分布,進(jìn)而影響海洋環(huán)流,并對氣候系統(tǒng)產(chǎn)生進(jìn)一步的反饋效應(yīng)。
南極冰架:海冰的存在有助于保護(hù)冰架,減少因融化和海浪侵蝕導(dǎo)致的冰架崩解事件,從而減緩全球海平面上升的趨勢。
生態(tài)系統(tǒng):南極冰架和海冰是許多海洋生物的棲息地和食物源,包括浮游生物、魚類、鳥類和海豹等。海冰融化可能導(dǎo)致這些物種的棲息地縮小,對南極生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性構(gòu)成潛在威脅。
南極海冰融化的黃昏風(fēng)景一瞥。 新華社記者 張建松 攝
新華網(wǎng):在我國南極考察中,建議如何進(jìn)一步加大對南極海冰的研究和監(jiān)測力度?
鄭雷:前沿科學(xué)問題牽引。近年來,南極氣候環(huán)境經(jīng)歷著快速而又劇烈的變化,目前尚不明確歷史新低的南極海冰范圍和快速增加的冰蓋物質(zhì)流失是一個短暫的異常現(xiàn)象還是穩(wěn)健轉(zhuǎn)變的早期證據(jù)。回答這些問題將有助于我們準(zhǔn)確預(yù)測未來南極海冰變化。
多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)。南極科學(xué)研究涉及大氣、海洋、地理、生物、測繪等多個學(xué)科領(lǐng)域,其變化機(jī)理涉及冰蓋或冰架-海冰-海洋-大氣等相互作用過程。需綜合性地制定南極科學(xué)考察計劃,協(xié)調(diào)好各個學(xué)科領(lǐng)域的任務(wù)和目標(biāo),通過聯(lián)合攻關(guān)來全面理解南極的氣候環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)變化等復(fù)雜問題。
強(qiáng)化空天遙感觀測能力。受限于南極所處的特殊地理位置以及極端環(huán)境,實地開展南極海冰觀測十分困難,空天遙感觀測是不可或缺的手段。目前,我國極地空天基遙感觀測能力還較薄弱,與歐美國家相比有較大差距。未來需突破極地空天遙感載荷技術(shù)、加強(qiáng)極地衛(wèi)星平臺建設(shè)、提升極地衛(wèi)星觀測頻次。
建設(shè)水下或冰下探測能力。南極海冰的研究需要充分考慮冰-海-氣相互作用的復(fù)雜性,尤其是水下或冰下的能量和物質(zhì)交換機(jī)制。目前,極地水下或冰下觀測難度大、觀測資料極為稀少,尤其缺乏重要的中小尺度物理過程觀測。聯(lián)合空-天-冰-海基觀測平臺,開展極地環(huán)境立體監(jiān)測將為厘清極地環(huán)境變化機(jī)理提供重要支撐。
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