南極海冰突然崩了：科學(xué)家終于搞懂這八年發(fā)生了什么

2015年之前，南極的海冰一直是個(gè)"異類"——當(dāng)北極冰蓋在全球變暖中節(jié)節(jié)敗退時(shí)，它卻幾十年如一日地保持穩(wěn)定，甚至偶爾還能擴(kuò)張一點(diǎn)。但就在2015年，這個(gè)"異類"突然叛變了。海冰開(kāi)始以驚人的速度消失，2023年創(chuàng)下歷史新低，2024年接近歷史低位，2025年和2026年初仍低于1981年至2010年的平均水平。一塊比西歐還大的冰，就這么沒(méi)了，而且至今沒(méi)有恢復(fù)的跡象。

這件事讓氣候科學(xué)家頭疼了將近十年。現(xiàn)在，他們終于搞清楚了這八年里到底發(fā)生了什么。5月8日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的一項(xiàng)研究，把整個(gè)過(guò)程拆解成了三個(gè)階段，而一切的起點(diǎn)，是風(fēng)。

第一階段：西風(fēng)把深層暖水拱了上來(lái)

研究的第一作者、澳大利亞新南威爾士大學(xué)和英國(guó)南安普頓大學(xué)的物理海洋學(xué)家阿迪蒂亞·納拉亞南打了個(gè)比方：他們用的模型"有點(diǎn)像混血兒"——既吞下了衛(wèi)星和海洋傳感器收集的真實(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，又運(yùn)行著類似氣候模型的數(shù)值計(jì)算。這種混合方法讓他們能夠重現(xiàn)2013年以來(lái)的實(shí)際變化。

模型顯示，2013年到2015年間，海冰其實(shí)還在擴(kuò)張。但表面之下，一場(chǎng)叛亂正在醞釀。

南極周?chē)沃鴱?qiáng)勁的西風(fēng)帶，學(xué)名叫"南半球西風(fēng)"。這些風(fēng)把表層海水往北推，按照物理規(guī)律，深層海水就會(huì)涌上來(lái)填補(bǔ)空缺。問(wèn)題在于，南極的深層海水不是冷的——它是暖的，而且咸。

這里需要解釋一下南極海洋的"千層餅"結(jié)構(gòu)。表層是相對(duì)新鮮、寒冷的水，下面有一層叫"冬季水"的厚水帶，特別冷，像一床被子把深層暖水蓋在下面。但模型顯示，從2005年開(kāi)始，這床被子就在變薄。德國(guó)亥姆霍茲極地與海洋研究中心阿爾弗雷德·韋格納研究所的研究人員今年3月發(fā)表的另一篇論文也證實(shí)了這一點(diǎn)。到2015年前后，西風(fēng)一拱，深層暖水終于沖破屏障，接觸到表層。

納拉亞南說(shuō)："系統(tǒng)正在以不同的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。顯然，有些東西變了。"

第二階段：冰少了，吸的熱就更多了

暖水上來(lái)之后，初始融化開(kāi)始了。但這只是開(kāi)始。

海冰有個(gè)關(guān)鍵功能：把陽(yáng)光反射回太空。冰面越白，反射率越高，海洋吸收的熱量就越少。一旦冰開(kāi)始融化，露出深色的海水，情況就急轉(zhuǎn)直下——海水吸收更多熱量，溫度上升，融化更多冰，露出更多海水……這是個(gè)經(jīng)典的正反饋循環(huán)。

研究把2015年到2023年劃為第二階段。海冰逐年減少，反射的陽(yáng)光越來(lái)越少，海洋吸收的熱量越來(lái)越多，融化速度遠(yuǎn)超科學(xué)家最初的預(yù)期。2023年2月，海冰范圍創(chuàng)下歷史新低；同年7月，冬季峰值時(shí)，南極缺失的冰面積已經(jīng)超過(guò)整個(gè)西歐。

第三階段：新常態(tài)，而且暫時(shí)回不去

2023年之后進(jìn)入第三階段。研究指出，南極至今沒(méi)有恢復(fù)，2024年接近歷史低位，2025年和2026年初持續(xù)低于長(zhǎng)期平均水平。

這不是簡(jiǎn)單的"壞年景"。納拉亞南說(shuō)的"系統(tǒng)正在以不同的方式運(yùn)轉(zhuǎn)"，意思是南極海洋可能已經(jīng)進(jìn)入了一種新的狀態(tài)。冬季水層變薄不是臨時(shí)現(xiàn)象，西風(fēng)帶的強(qiáng)化也有長(zhǎng)期趨勢(shì)的背景。即使某一年風(fēng)稍微弱一點(diǎn)，冰稍微多一點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的平衡點(diǎn)可能已經(jīng)移動(dòng)了。

為什么這事讓人困惑？

南極海冰的崩潰之所以被稱為"現(xiàn)代氣候記錄中最極端、最令人困惑的事件之一"，是因?yàn)樗蚱屏颂囝A(yù)期。

首先，南極和北極完全不同。北極是被陸地包圍的海洋，海冰受周?chē)箨憵夂虻闹苯佑绊憽Ｄ蠘O是被海洋包圍的大陸，海冰環(huán)繞著一塊巨大的冰蓋，海洋環(huán)流復(fù)雜得多。科學(xué)家早就知道不能簡(jiǎn)單地把北極的經(jīng)驗(yàn)套用到南極，但也沒(méi)想到南極會(huì)以這種方式"補(bǔ)課"。

其次，南極海冰在2015年之前的穩(wěn)定性給了人一種錯(cuò)覺(jué)。從1979年有衛(wèi)星記錄以來(lái)，南極海冰整體呈微弱上升趨勢(shì)，與北極的急劇下降形成鮮明對(duì)比。一些研究甚至探討過(guò)南極是否可能對(duì)全球變暖有"負(fù)反饋"作用——比如更暖的大氣帶來(lái)更多降雪，或者風(fēng)場(chǎng)變化把冰推得更開(kāi)。2015年的轉(zhuǎn)折證明，這些緩沖機(jī)制是有極限的。

第三，速度太快。從相對(duì)穩(wěn)定到歷史新低，只用了八年。氣候系統(tǒng)通常被認(rèn)為變化緩慢，但南極海冰顯示，關(guān)鍵閾值被突破后，轉(zhuǎn)變可以是突然的。

風(fēng)的變化從哪來(lái)？

研究指出了西風(fēng)帶的作用，但沒(méi)有深入探討這些風(fēng)本身為什么變強(qiáng)。這是另一個(gè)復(fù)雜的故事。

南半球西風(fēng)帶主要受兩個(gè)因素驅(qū)動(dòng)：一個(gè)是熱帶和極地之間的溫度差，溫差越大，風(fēng)越強(qiáng)；另一個(gè)是南極臭氧空洞，臭氧減少會(huì)改變高空大氣結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響地面風(fēng)場(chǎng)。過(guò)去幾十年，臭氧空洞讓西風(fēng)帶偏強(qiáng)；未來(lái)，隨著臭氧層恢復(fù)，這個(gè)因素可能減弱，但全球變暖本身又在擴(kuò)大熱帶-極地溫差，可能加強(qiáng)西風(fēng)。

哪個(gè)因素占主導(dǎo)，會(huì)隨時(shí)間變化。這意味著南極海冰的未來(lái)不是一條直線，而是在多個(gè)相互抵消或疊加的力量中波動(dòng)。但2015-2023年的經(jīng)歷表明，當(dāng)幾個(gè)因素暫時(shí)同向作用時(shí)，系統(tǒng)可以滑向一個(gè)難以快速恢復(fù)的新?tīng)顟B(tài)。

這和我們有什么關(guān)系？

最直接的影響是海平面——但這里有個(gè)常見(jiàn)的誤解。海冰融化本身不會(huì)直接抬高海平面，因?yàn)楸緛?lái)就浮在水里，根據(jù)阿基米德原理，融化前后排開(kāi)的水量相同。但海冰減少會(huì)間接影響海平面，途徑至少有三條：

第一，海冰減少意味著南極冰蓋邊緣的"護(hù)堤"變?nèi)酢１苁顷懙乇w伸向海洋的部分，底部被海水托著，前面又被海冰擋著。海冰消失后，冰架更容易被海浪侵蝕、被暖水從底部融化，最終崩解。冰架崩解后，后面的陸地冰川會(huì)加速流向海洋，這才是真正抬高海平面的水。

第二，海冰減少改變了海洋吸收熱量的效率。南極周?chē)Ｓ蚴侨蚝Ｑ?翻轉(zhuǎn)環(huán)流"的關(guān)鍵部分，表層水變冷變咸后下沉，把熱量和二氧化碳帶入深海。這個(gè)泵的速度受海冰影響。海冰減少可能改變泵的效率，進(jìn)而影響全球海洋熱量分布和大氣二氧化碳的吸收能力。

第三，海冰減少影響南極生態(tài)。海冰底部是藻類生長(zhǎng)的平臺(tái)，藻類是磷蝦的食物，磷蝦又是企鵝、海豹、鯨魚(yú)的食物。海冰減少的時(shí)間、地點(diǎn)、持續(xù)時(shí)間，都會(huì)影響整個(gè)食物網(wǎng)的節(jié)奏。2022-2023年，南極帝企鵝繁殖地出現(xiàn)大規(guī)模繁殖失敗，就被認(rèn)為與海冰提前破裂有關(guān)。

還有什么沒(méi)搞懂？

這項(xiàng)研究回答了"發(fā)生了什么"，但沒(méi)回答"接下來(lái)會(huì)怎樣"。

模型顯示2013-2023年的三個(gè)階段，但2023年之后系統(tǒng)是否進(jìn)入穩(wěn)定的新常態(tài)，還是仍在過(guò)渡中，目前不清楚。冬季水層變薄是從2005年開(kāi)始的，但為什么偏偏在2015年觸發(fā)崩潰，是隨機(jī)波動(dòng)還是必然閾值，也需要更多研究。

更根本的是，南極海冰對(duì)未來(lái)全球變暖的響應(yīng)，會(huì)不會(huì)比氣候模型預(yù)測(cè)的更敏感？目前的全球氣候模型在模擬南極海冰方面表現(xiàn)不佳，多數(shù)模型低估了2015年后的損失速度。這項(xiàng)研究使用的"混血"方法——把觀測(cè)數(shù)據(jù)喂給模型來(lái)約束輸出——可能為改進(jìn)預(yù)測(cè)提供了一條路，但距離可靠的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)還有距離。

納拉亞南說(shuō)"有些東西變了"。這句話的潛臺(tái)詞是：我們可能正在見(jiàn)證一個(gè)氣候系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，而從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的過(guò)程，往往比維持任何一種狀態(tài)都更難預(yù)測(cè)。南極用了幾十年時(shí)間積累變化，用八年時(shí)間完成轉(zhuǎn)折，而我們要理解這個(gè)轉(zhuǎn)折的全部含義，可能也需要不止八年。

至于那塊比西歐還大的冰什么時(shí)候能長(zhǎng)回來(lái)——或者還能不能長(zhǎng)回來(lái)——科學(xué)家目前還沒(méi)法給答案。能確定的是，2015年之前那個(gè)"穩(wěn)定"的南極，已經(jīng)不在了。