作者：高登義（中國科學(xué)院大氣物理研究所）
編者按
“我在北半球瑟瑟發(fā)抖，你在南半球大汗淋漓”，近來地球兩頭冰火兩重天的模式，讓遭受極端天氣肆虐的民眾叫苦不迭。撒哈拉沙漠飄起了大雪，“炸彈氣旋”冰封美國，同時，澳大利亞多地出現(xiàn)極端高溫，悉尼氣溫創(chuàng)79年來最高……地球這是到底怎么了？
南北極科學(xué)考察研究表明：南極與北極海域海冰面積和厚度的變化對于南北極氣候影響很大。
筆者曾經(jīng)在《極地探險》一書中計算過南極海冰變化對于南極氣溫的影響。
當(dāng)時筆者指出：近10多年的衛(wèi)星資料表明，冬季，南極海冰面積于1974年最小，1977年最大，兩者相差約400萬平方千米。
極區(qū)海冰面積的大小從兩方面來影響氣候的變化。第一，改變極區(qū)的海水-海冰-大氣之間的熱量和水汽交換。這是因為，海冰覆蓋面積大時，極區(qū)海域的水面減小，從海洋向大氣輸送的熱量和水汽減少；反之，水面增大，從海洋向大氣輸送的熱量和水汽增加。第二，改變極區(qū)下墊面對太陽輻射熱量的吸收。這是因為，冰面的反照率要比水面的反照率高得多，海冰覆蓋面積大時，極區(qū)海面吸收太陽輻射小，反之，吸收太陽輻射大。
以1974年和1977年冬季為例，取海冰平均厚度為1米，則上述兩年南極海冰量相差為4×10^12噸。如此大的結(jié)冰相差量在結(jié)冰時釋放出的熱量可達(dá)13.35×10^20焦耳，若以其加熱3400萬平方千米面積（即1974年海冰面積與南極大陸面積之總和）上100hPa層（約16.5千米高度）以下的大氣，可使整層大氣升溫4.3℃，即1974年秋結(jié)冰過程中釋放出的熱量加熱整層大氣的結(jié)果要比1977年秋的升溫高出4.3℃。
上述不同的加熱狀況，應(yīng)該在相應(yīng)的氣壓場和溫度場上有反映。1974年9月，在南半球海平面圖上，南極地區(qū)海平面氣壓距平值為負(fù)，中心值達(dá)-8 hPa，即海平面氣壓比常年低；在離地約3000米高度上，南極地區(qū)的氣溫比常年高出2℃以上。相反，在1977年9月，南極地區(qū)海平面氣壓比常年高出2 hPa，在離地約3000米高度上，南極地區(qū)氣溫比常年低 2～8℃。
由上可以看出，南極或北極海域海冰面積變化對于南極、北極海域的氣溫變化影響很大。
另外，研究表明，南極或北極地區(qū)海冰面積的變化基本上代表了南半球或北半球海冰面積的變化，因為南半球或北半球海冰基本上集中在南極或北極地區(qū)。
筆者通過郜永祺教授得到南半球和北半球1978～2017年12月的海冰面積變化圖。此變化圖可以為討論“為什么今年一月北半球風(fēng)雪交加而南半球酷暑難熬”提供一些科學(xué)依據(jù)。
圖1 北半球海冰面積逐年12月變化圖（單位：百萬平方千米）
第一， 為什么北半球風(fēng)雪交加？
從圖1可以看出，2017年12月，北半球海冰面積比2016年12月約增加2%～3%，即增加了0.26～0.38百萬平方千米。
根據(jù)筆者在《極地探險》中的計算，今年冬天在北極地區(qū)堆積的冷空氣顯然更強(qiáng)。
北極地區(qū)有了強(qiáng)冷空氣堆積，這就像在我們的北面有了一個大冷空氣庫，這個冷空氣庫的冷空氣奔向何方，那就要決定于今年冬天北半球大氣環(huán)流的分布狀況。
研究表明，如果在烏拉爾山地區(qū)有穩(wěn)定的高氣壓區(qū)，則其下游（即東亞地區(qū)）就是穩(wěn)定的東亞大氣低壓槽，盛行偏西北風(fēng)，我國必然受強(qiáng)冷空氣影響。
圖2 2018年1月2日北半球50百帕環(huán)流形勢圖
如圖2可見，2018年1月2日，北半球的一個大氣低壓槽正好位于東亞地區(qū)。受此影響，北極地區(qū)堆積的冷空氣就容易流向我國，也因此帶來了我國大范圍的冰雪災(zāi)害。
回想2008年1月我國南方的低溫雨雪冰凍災(zāi)害，大家記憶猶新。
從圖1可以看出，2007年12月，北半球海冰面積比2006年12月增加1%左右，趕不上2017年12月浮冰面積增加量，但2008年冬天我國南方的極端低溫卻是幾十年罕見。
這可能說明兩點。第一，北半球冬天海冰面積變化對我國低溫的影響并不是唯一因素，還要看未來東亞大氣環(huán)流變化；第二，也可能說明，今年冬天，未來我國氣溫還要降低。
圖3 2018年1月6日北半球500百帕環(huán)流形勢圖
天氣實況表明，今年入冬以來，北美洲和歐洲受到的強(qiáng)冷空氣比我國影響更大。由圖3和圖2都可以看出，北半球的兩個大低壓槽分別位于北美洲和歐洲，而以北美洲最強(qiáng)。因此今年冬天北極地區(qū)堆積的冷空氣就傾瀉到北美洲了。
第二，為什么南半球酷暑難熬？
由圖4可見，在2015年前，南半球海冰面積基本上是增加趨勢。然而，自2016年12月起，南半球海冰面積突然減?。?016年12月比2015年減小24%左右，即減少了250萬平方千米；2017年12月，相比2016年略有增加，但比多年平均值仍然低12.5%左右，即125萬平方千米。
圖4 南半球海冰面積逐年12月變化圖（單位：百萬平方千米）
南半球地區(qū)兩年冬天海冰面積比平均值大大偏低，正好與北半球相反。這樣，南半球海域的海洋（包括海冰與水面）輸送給大氣的熱量大大增加。
根據(jù)筆者在《極地探險》一書中的計算結(jié)果，南極地區(qū)2016年與2017年12月海冰面積減小而增加的海洋輸送給大氣的熱量，足可以使得南極地區(qū)100百帕以下的大氣增溫2到3攝氏度。如果加熱集中在近地面，這很可能是導(dǎo)致今年冬天南半球的“酷熱難熬”的原因。
另外，從圖5可以看出，2017年12月海冰減少的區(qū)域在東南極的北面，離開澳大利亞最近，這也是可能引起澳大利亞酷熱的原因。
圖5 2017年12月南半球海冰分布圖（紅線為1981-2010年海冰平均值范圍）
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