在地球南北極高空有個(gè)大型的環(huán)流叫作極地渦旋，在冬半年的時(shí)候氣溫最低，也是極地渦旋最強(qiáng)的時(shí)候。
大部分時(shí)候極地渦旋都在正常轉(zhuǎn)圈，一旦正常的環(huán)流被擾動(dòng)，渦旋就會(huì)偏離極地向南移動(dòng)，所到之處寒潮增多增強(qiáng)。
很多影響中國(guó)的寒潮和極地渦旋南移有關(guān)，極地渦旋也是造成北美洲寒潮的主因。
面對(duì)寒潮這種終極大boss，中國(guó)還有秦嶺、南嶺這些山脈能比劃兩下子。
但對(duì)于南北通透的北美洲，寒潮長(zhǎng)驅(qū)直入墨西哥灣如入無(wú)人之境。
2019年，極地渦旋帶來(lái)的寒潮讓美國(guó)芝加哥的溫度能和南極洲一較高下，連熱帶國(guó)家墨西哥都下起了凍雨。
北極濤動(dòng)，指北半球中緯度地區(qū)（約北緯45度）與北極地區(qū)氣壓形勢(shì)差別的變化。它是一個(gè)代表北極地區(qū)大氣環(huán)流的重要?dú)夂蛑笖?shù)，可分為正位相和負(fù)位相。
北極通常受低氣壓系統(tǒng)支配，而高氣壓系統(tǒng)則位于中緯度地區(qū)。當(dāng)北極濤動(dòng)處于正位相時(shí)，這些系統(tǒng)的氣壓差較正常強(qiáng)，限制了極區(qū)冷空氣向南擴(kuò)展；當(dāng)北極濤動(dòng)處于負(fù)位相時(shí)，這些系統(tǒng)的氣壓差較正常弱，冷空氣較易向南侵襲。
中國(guó)國(guó)家氣候中心專(zhuān)家認(rèn)為，美國(guó)東部和中國(guó)東北、華北地區(qū)均處于大洋西岸。冬季氣團(tuán)主要從西北向東南穿越北美洲和亞洲。極地氣團(tuán)南下到大陸上空，當(dāng)氣團(tuán)經(jīng)過(guò)海面時(shí)，溫度極低的空氣與相對(duì)溫暖的水面接觸，氣團(tuán)下部溫度升高，水汽進(jìn)入氣團(tuán)。寒冷、密度較大的冷氣團(tuán)下沉，使暖空氣上升，溫度降低，水汽凝結(jié)，空氣不太穩(wěn)定，云層不斷加厚，產(chǎn)生降水。由于下層空氣溫度很低，當(dāng)冷空氣逐漸向前推移，上升氣流減弱，云中水汽直接在冰晶上凝結(jié)成較大的形態(tài)，由此，水汽以雪的形式降落下來(lái)。
同時(shí)，中國(guó)國(guó)家氣候中心專(zhuān)家認(rèn)為，相比北美和亞洲的寒潮暴雪天氣不同，歐洲的暴風(fēng)雪形成的原因在于大西洋中的一股暖流，即北大西洋暖流。其對(duì)整個(gè)歐洲特別是北歐、西歐的影響很大，這股海洋暖流使得其上面的空氣保持暖濕狀態(tài)。歐洲處于高空冷渦的控制下，來(lái)自大西洋的西南暖濕氣流進(jìn)入高空冷渦后上升凝結(jié)產(chǎn)生降雪。由于高空冷渦上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，極地冷空氣南下與當(dāng)?shù)貜?qiáng)盛的暖濕氣流大范圍匯合會(huì)導(dǎo)致大范圍降雪。
近年來(lái)，隨著全球變暖加劇，北極及其鄰近區(qū)域氣溫的破紀(jì)錄事件頻繁發(fā)生：
2019年至年2020的這個(gè)冬季莫斯科平均氣溫為0攝氏度，不僅比往年同期氣溫的正常值高了7.7攝氏度，下雪也成了不多見(jiàn)的現(xiàn)象，是140年來(lái)最溫暖的冬天，2019年也是俄羅斯有氣溫記錄以來(lái)最熱的一年；
（圖片來(lái)自NCEI）
2019年7月4日美國(guó)氣象局發(fā)布消息稱(chēng)阿拉斯加州的安克雷奇國(guó)際機(jī)場(chǎng)氣溫達(dá)到32攝氏度，打破50年的高溫記錄，當(dāng)?shù)鼐用衿綍r(shí)穿棉衣，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了在冰雪之上穿短袖短褲滑雪、爬雪山的趣景；
2019年6月和7月分別是歐洲有史以來(lái)最熱的6月和7月，歐洲多國(guó)氣溫創(chuàng)歷史極值，數(shù)據(jù)顯示，空調(diào)的普及率在歐洲家庭中不到5%，當(dāng)年的空調(diào)銷(xiāo)售異?；鸨?。以德國(guó)為例，一臺(tái)空調(diào)要價(jià)650歐元，安裝費(fèi)卻要1350歐元，高昂的人工成本也令歐洲民眾苦不堪言；
2018年07月30日 位于北極圈之內(nèi)250公里的挪威城市巴納克也出現(xiàn)了百年難遇的罕見(jiàn)32℃高溫；
年20201月全球陸地和海洋表面溫度為1880年有氣象觀測(cè)以來(lái)最暖的一月，年2020很有可能超過(guò)2016年成為有觀測(cè)記錄以來(lái)最暖的一年。
北極附近為什么頻現(xiàn)高溫呢？
這不僅和全球氣候變暖有關(guān)，
還和北極放大效應(yīng)有關(guān)。
（圖片來(lái)自Cohen等，2020）
北極放大效應(yīng)
受全球氣候變暖的影響，北極地區(qū)不僅在變暖，而且加速變暖，變暖速度是全球平均速度的2倍。北極加速升溫被稱(chēng)為“北極放大效應(yīng)”，多種因素造成這一效應(yīng)，其中最主要的原因是海冰融化。近些年來(lái)，北極海冰面積呈逐年減少的趨勢(shì)。2016年1月，北極海冰的覆蓋面積為1338萬(wàn)平方公里，為1979年有衛(wèi)星記錄以來(lái)1月同期最低值。對(duì)陽(yáng)光反射性強(qiáng)的海冰融化成了顏色深的海水，海水又造成北極對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率上升，吸收了大量熱量。海冰融化和北極氣溫上升二者相互影響，加速北極升溫。
北極“放大效應(yīng)”可能影響著格陵蘭島海冰的融化，也可能會(huì)導(dǎo)致未來(lái)海平面進(jìn)一步上升?！∪绻窳晏m島的海冰繼續(xù)融化，會(huì)促進(jìn)海平面上升，還會(huì)導(dǎo)致全球洋流的改變：隨著格陵蘭島南部的融水不斷增加，北大西洋冰冷、鹽度高的海水就會(huì)被稀釋?zhuān)湎鲁了俣葧?huì)隨之減慢， 大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流（即AMOC，墨西哥灣流）的速度也將減慢，該環(huán)流對(duì)全球海洋熱量傳遞起著至關(guān)重要的作用。這個(gè)傳送帶向北方的高緯度地區(qū)輸送溫暖的洋流，繼而以深流的方式將北大西洋的冰冷海水向赤道傳輸。它通過(guò)將溫暖的表面水傳送到高緯度地區(qū)，從而讓這些水在寒冷的北大西洋深層水的地方進(jìn)行冷卻、滲透、向南返程流動(dòng)。一旦環(huán)流崩潰，北大西洋沿岸國(guó)家（特別是東岸）將迎來(lái)寒冬，冰島和挪威的海冰將快速擴(kuò)張，世界各地的降雨量將發(fā)生變化。譚老師地理工作室綜合整理
近來(lái)，不少研究發(fā)現(xiàn)，古老的北極冰川正以前所未有的速度消融。到本世紀(jì)中葉，北冰洋很可能會(huì)進(jìn)入夏季無(wú)冰的時(shí)代，一片全新海洋正在形成。
全球氣候變暖無(wú)疑是主要原因。據(jù)科學(xué)家測(cè)算，北極地區(qū)變暖速率是全球平均水平的兩倍以上。1980年以來(lái)，局部升溫甚至達(dá)3.5攝氏度，升溫幅度大大超過(guò)《巴黎協(xié)定》設(shè)定的2攝氏度目標(biāo)。2016年以來(lái)，北極中心區(qū)域冬季多次出現(xiàn)爆發(fā)性增溫現(xiàn)象，使得2016~2017年北極年最大海冰覆蓋范圍達(dá)到了1979年以來(lái)的最低值，目前夏季海冰覆蓋面積也縮小約30%。
北極海冰融化對(duì)氣候造成了長(zhǎng)期性的威脅，因?yàn)楹１诜瓷涮?yáng)輻射方面發(fā)揮著巨大作用。隨著氣候變化不斷使海洋升溫，導(dǎo)致海冰融化，北極將變得越來(lái)越黑暗，吸收熱量的能力也會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)，海洋也將繼續(xù)升溫，這一難以控制的反饋回路被稱(chēng)為北極“放大效應(yīng)”（Arctic amplification）。
北極變暖速度倍增 北極熊數(shù)量因此下降
美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局發(fā)布報(bào)告說(shuō)，被稱(chēng)為“地球冰箱”的北極今年繼續(xù)以世界其他地區(qū)兩倍的速度變暖，這一持續(xù)30年之久的“北極放大效應(yīng)”顯著改變了北極的生態(tài)系統(tǒng)，有更多證據(jù)表明北極熊數(shù)量因此下降。
報(bào)告說(shuō)，過(guò)去10年全球變暖速度呈放緩趨勢(shì)，但北極氣溫持續(xù)增長(zhǎng)，其中阿拉斯加今年1月的氣溫高出往年同期10攝氏度，創(chuàng)造新紀(jì)錄。由于氣溫升高，北極熊棲息及捕獵的主要場(chǎng)所——北極海冰面積尤其夏季的海冰面積縮小，生活在加拿大哈得孫灣西部的北極熊數(shù)量，從1987年的近1200頭降至2011年的約800頭，好在北極其他地區(qū)的北極熊數(shù)量仍相對(duì)穩(wěn)定。
北極海冰面積創(chuàng)歷史新低，北極“放大效應(yīng)”為罪魁禍?zhǔn)祝?/span>
圖為美國(guó)宇航局的阿卡衛(wèi)星2015年6月拍攝的一張照片，照片中可以看到格陵蘭島附近的海域中漂浮著大量大塊融化的海冰。
從21年202月初開(kāi)始，美國(guó)也陸續(xù)出現(xiàn)數(shù)次降溫，范圍近乎波及整片中部地區(qū)。其實(shí)這已經(jīng)不是美國(guó)近年來(lái)第一次遭遇嚴(yán)重寒潮，在2019年1月整片五大湖地區(qū)的平均氣溫降至-34℃至-40℃，不少市鎮(zhèn)出現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的低溫。
2019年1月27日的北美五大湖，寒冷徹骨
（圖：NASA）▼
今年的寒潮讓美國(guó)很多地區(qū)的低溫再創(chuàng)新低，其中受寒潮波及嚴(yán)重的地區(qū)，甚至包括美國(guó)南部靠近墨西哥灣的得克薩斯州。
時(shí)隔兩年，橫跨東西半球的三次寒潮背后有同一個(gè)關(guān)鍵因素的影響——極地渦旋。
寒潮下的得克薩斯州（緯度相當(dāng)于中國(guó)湖北）
（衛(wèi)星圖：NOAA）▼
極地渦旋的新家
地球不同緯度接受的太陽(yáng)輻射量不同，低緯地區(qū)能受到太陽(yáng)直射，氣溫高，地表氣壓低，而高緯度氣溫較低，地表氣壓高，平流層附近氣壓卻較低，這導(dǎo)致極地高空出現(xiàn)巨大的寒冷的渦旋。
渦旋可以將極地溫度極低且密度較大的空氣，一直通向上空的平流層，就像無(wú)形的彈力繩“束縛”著冷空氣，把冷空氣限制在極地地區(qū)。
相當(dāng)于打了個(gè)封印，雖然不那么牢靠▼
南北極都有極地渦旋，南極因?yàn)榇嬖谳^為規(guī)則的南極大陸，而四周為海洋，所以南極的渦旋中心較為穩(wěn)定，通?？拷蠘O點(diǎn)。而北極因?yàn)殛懙胤植疾灰?guī)律，北極點(diǎn)位于北冰洋中，而海陸熱力差異又導(dǎo)致陸地在冬季時(shí)氣溫更低，所以北極渦旋也相對(duì)呈狹長(zhǎng)狀，中心分布于西伯利亞北部和巴芬島上空兩個(gè)區(qū)域。
南極點(diǎn)在陸上而北極點(diǎn)在海上
北冰洋周邊環(huán)境也復(fù)雜得多▼
受地球高低緯度之間的氣壓差的影響，極地與赤道的溫差越大，極地渦旋也就越穩(wěn)定，越能將冷空氣鎖定在極地?？墒墙陙?lái)，全球變暖海冰消融，北大西洋和北太平洋水溫升高，北極渦旋開(kāi)始出現(xiàn)分裂趨勢(shì)。在洋流和大氣環(huán)流的綜合影響下，南方的溫暖空氣會(huì)向北移動(dòng)，“擠壓”北極冷氣團(tuán)，甚至將其“擠”出多個(gè)中心，并在不穩(wěn)定的情況下向南移動(dòng)。
相當(dāng)于分出好多條北海龍王
每一條南下都是一次大寒潮
（圖片：NOAA）▼
西半球的北極冷渦中心巴芬島位于加拿大東北部。這里與美國(guó)之間僅有哈得孫灣、哈得孫沿岸平原與五大湖相隔，地勢(shì)一馬平川，并不能有效阻礙寒潮南下。
這個(gè)時(shí)候就看出阿巴拉契亞山脈的作用了
（2019年1月寒潮南下）
（圖：NOAA）▼
近年來(lái)氣候變化日益明顯，北極海冰持續(xù)減少，北極冷渦變得很不穩(wěn)定，巴芬島上空的冷渦中心經(jīng)常南下到五大洲周邊地區(qū)和美國(guó)東北部，在北美的人口密集地區(qū)肆虐。而美國(guó)的中央大平原同樣地勢(shì)低平，有利于寒潮的進(jìn)一步南下，冷空氣常常得以貫穿全美，美國(guó)自然深受其害。
也就是說(shuō)在駐巴芬島北海龍王面前
從哈得孫灣到墨西哥灣，幾乎無(wú)險(xiǎn)可守
南北向的密西西比河上空，寒流可以肆意流淌
每次冷渦一到，美國(guó)各地降溫幅度也非?？鋸?。今年1月，其在北京創(chuàng)造的最低溫度是-19℃，而五大湖周邊受寒潮影響時(shí)，則動(dòng)輒出現(xiàn)-30℃的低溫。南下的冷渦除了帶來(lái)低溫，還與哈得孫灣與五大湖的水汽碰撞，導(dǎo)致大規(guī)模降雪、道路結(jié)冰、凍雨等次生災(zāi)害，為交通、供電、農(nóng)業(yè)帶來(lái)巨大壓力。
2月19日早晨的低溫美國(guó)
圖中溫度應(yīng)為華氏度，1華氏度相當(dāng)于-17.22攝氏度
-10華氏度，相當(dāng)于-23攝氏度，相當(dāng)冷了
（圖：NOAA）▼
換句話(huà)講，冷渦為美國(guó)帶來(lái)的除了“冷”，還有“凍”。
美國(guó)這一次寒潮范圍之廣也實(shí)屬罕見(jiàn)，從加拿大邊界的圣勞倫斯河到墨西哥邊界的里奧格蘭德河，美國(guó)本土領(lǐng)土從北至南近2000英里的廣袤土地被寒潮貫穿，普遍遭遇降溫。1.54億美國(guó)人可能受到寒潮的影響，位于平原地帶的亞拉巴馬州、俄克拉荷馬州、堪薩斯州、肯塔基州、密西西比州和得克薩斯州先后發(fā)布了緊急聲明。
相當(dāng)于得克薩斯可以和阿拉斯加一個(gè)溫度
免費(fèi)體驗(yàn)了一把北極
（2月15日北美氣溫，圖：NASA）▼
美國(guó)得克薩斯州遭遇暴風(fēng)雪襲擊，導(dǎo)致超過(guò)400萬(wàn)戶(hù)家庭斷電、超過(guò)1490萬(wàn)人無(wú)水可用的事，引發(fā)全球關(guān)注。
與此同時(shí)，南歐希臘多地遭遇罕見(jiàn)大雪，斷水?dāng)嚯姟W(xué)校關(guān)閉。譚老師地理工作室綜合整理
暴風(fēng)雪為何奇襲以沙漠、烈日著稱(chēng)的美國(guó)南部和陽(yáng)光海灣的希臘。其實(shí)“癲狂”天氣的成因非常多，今年這波重點(diǎn)關(guān)照南方的暴風(fēng)雪有三大因素值得重點(diǎn)分析。
我們常常會(huì)聽(tīng)到“來(lái)自西伯利亞的冷空氣”這樣的說(shuō)法，其實(shí)西伯利亞并不是冷空氣的老家，而是冷空氣的“中轉(zhuǎn)站”和“加油站”，真正的冷源是極地。
地球在不同的緯度接收到的太陽(yáng)輻射也是不同的，極地接收到的熱量最少，赤道則最多。這就造成了極地的地表溫度低、氣壓高，赤道的地表溫度高、氣壓低。相對(duì)應(yīng)的，在極地的高空也就是平流層出現(xiàn)了低氣壓，從而形成了極地渦旋，簡(jiǎn)稱(chēng)極渦。
每年冬天，正常情況下，平流層的極渦都是被強(qiáng)烈的西風(fēng)圍繞，極冷空氣如同戴上了緊箍咒被圈在極區(qū)內(nèi)，這時(shí)候我們的氣候正常，氣溫起伏相對(duì)較小。但在異常情況下，平流層極渦會(huì)被擾動(dòng)，變形或崩潰，這就好比禁錮冷空氣的緊箍咒被平流層打破，其效應(yīng)向下傳導(dǎo)，會(huì)迫使對(duì)流層極區(qū)的冷空氣大規(guī)模向南擴(kuò)散，寒潮就此爆發(fā)，影響開(kāi)始擴(kuò)大。
△非正常
△正常
眾所周知，影響天氣的因素出現(xiàn)在大氣層的最底層，就是約10公里厚的對(duì)流層。而連民航飛機(jī)都飛不到的平流層的變化，有時(shí)也會(huì)與對(duì)流層相互作用，從而影響我們的天氣。
年2020末至21年20初，北極上空的平流層出現(xiàn)了異動(dòng)，是一次典型的“平流層爆發(fā)增溫”。平流層爆發(fā)增溫是低層的大氣波動(dòng)在某種有利的條件下被傳播到平流層，而影響了平流層的環(huán)流所導(dǎo)致的。動(dòng)畫(huà)是平流層中層約30公里高度也就是10hPa的溫度變化，我們可以看到北極極區(qū)的氣溫迅速上升。年202012月31日極區(qū)氣溫約-62℃，21年201月4日驟然上升到-22℃，在短短5天時(shí)間內(nèi)極地平流層溫度上升了40℃。極區(qū)平流層的異常增溫會(huì)伴隨平流層逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)大西風(fēng)環(huán)流減弱或轉(zhuǎn)為順時(shí)針，平衡就這樣被打破了。
△21年20初平流層爆發(fā)增溫
平流層增溫從醞釀、發(fā)展到爆發(fā)所產(chǎn)生的效應(yīng)，通常需要大約2周左右的時(shí)間開(kāi)始影響到對(duì)流層，并在接下來(lái)1個(gè)月左右的時(shí)間內(nèi)持續(xù)影響對(duì)流層氣候。然而，強(qiáng)的平流層爆發(fā)增暖并不是每年都會(huì)發(fā)生，并且每次發(fā)生也并不總是影響同一個(gè)地區(qū)的天氣氣候，今年恰好影響的是歐洲和美國(guó)。
暴風(fēng)雪為何奇襲得州和雅典？
首先，本次寒潮由極渦親自?huà)鞄浤舷?，所以無(wú)論降溫能力還是影響范圍都是王者級(jí)別。在剛剛過(guò)去的十天，歐洲、北美成為北半球氣溫偏低最為明顯的區(qū)域，很多地區(qū)偏低在10℃以上。
其次是地形因素影響，在冷空氣南下的移動(dòng)過(guò)程中，如遇地勢(shì)比較平坦順暢，那么速度自然就快，消耗就少，反之則慢，消耗也大。因此，海洋、平原地區(qū)冷空氣所受阻礙少；山地對(duì)冷空氣前進(jìn)阻礙大。美國(guó)西部山多、中東部是平坦的中央大平原，此次冷空氣順著洛基山以東，從中央大平原一路向南，沒(méi)有任何阻擋直達(dá)墨西哥灣沿線(xiàn)。當(dāng)寒潮到達(dá)的同時(shí)，來(lái)自墨西哥灣的暖濕氣流同步抵達(dá)這一地區(qū)，寒潮主導(dǎo)加之暖濕空氣配合，造成這一地區(qū)大范圍的降雪天氣，并導(dǎo)致極其嚴(yán)重的影響。
△美國(guó)得克薩斯州遭遇暴風(fēng)雪襲擊（圖片來(lái)自：CNN）
隨著全球氣候變暖的趨勢(shì)日益加大，極端天氣氣候事件有增無(wú)減。當(dāng)北美、歐洲極寒的時(shí)候，我國(guó)的2月份則是暖得驚人，華北、黃淮等地紛紛突破2月歷史最高氣溫紀(jì)錄。在未來(lái)，我們可能面臨更加炎熱的夏季、更加猛烈的對(duì)流，同時(shí)也有更加頻繁的冬季寒潮影響。
科學(xué)家們一直認(rèn)為，地球的環(huán)境問(wèn)題是一個(gè)巨大的問(wèn)題，隨著人類(lèi)的不斷發(fā)展，人類(lèi)對(duì)地球資源的需求也在不斷增加。但人類(lèi)對(duì)資源的不斷開(kāi)采，也使地球環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，地球資源日益短缺，不斷排放的溫室氣體使全球氣候變暖問(wèn)題日益惡化，而且將日益難以控制。
我們都知道，溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球溫度上升，南北冰川大范圍融化，海平面上升，海岸線(xiàn)也在退步，但是，最近有專(zhuān)家說(shuō)：全球變暖將會(huì)停止，開(kāi)啟冷卻模式，甚至?xí)兝?。究竟發(fā)生了什么事呢？
隨著人類(lèi)對(duì)環(huán)境無(wú)止境的索取和破壞，越來(lái)越多的嚴(yán)重問(wèn)題也逐漸擺在眼前，“溫室效應(yīng)”就是其中一個(gè)令人痛心的嚴(yán)重問(wèn)題，但這段時(shí)間，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)即將出現(xiàn)、將給地球和人類(lèi)帶來(lái)危機(jī)的現(xiàn)象，即幾十年后即將到來(lái)的“小冰期”。
如其名稱(chēng)所示，我們可以從字面上理解，這是一種導(dǎo)致溫度急劇下降的現(xiàn)象，當(dāng)“小冰河時(shí)代”來(lái)臨時(shí)，太陽(yáng)向地球傳遞的逐漸消退的溫度將大幅降低，冷卻將不可避免地成為難題；這種現(xiàn)象的提出來(lái)自一位美國(guó)科學(xué)家的研究，他們利用儀器記錄下太陽(yáng)活動(dòng)的周期，也正因?yàn)檫@樣才能發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)極小期。
據(jù)科學(xué)家分析，到2050年，太陽(yáng)將進(jìn)入一個(gè)奇怪的“蒙德極小期”，這是一次推測(cè)性的事件，科學(xué)家們認(rèn)為，該事件導(dǎo)致17世紀(jì)中期地球異常寒冷，當(dāng)時(shí)英國(guó)倫敦的低溫已經(jīng)使泰晤士河封凍。另外，1658年，波羅的海還遭遇了一場(chǎng)罕見(jiàn)的冰凍，直到今天還無(wú)法想像，那就是瑞典軍隊(duì)能夠在冰面上遠(yuǎn)足并入侵丹麥。
在此項(xiàng)研究中，物理學(xué)家 DanLubin領(lǐng)導(dǎo)了這一研究，他認(rèn)為，這些事件與太陽(yáng)活動(dòng)的循環(huán)有關(guān)，而且在未來(lái)30年到達(dá)極小期之前，我們可能會(huì)經(jīng)歷比17世紀(jì)中期更糟糕的情況。
第一個(gè)影響是，當(dāng)太陽(yáng)的能量減少時(shí)，地球平流層的臭氧層變薄。與此同時(shí)，它會(huì)使平流層的溫度結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而改變底層大氣環(huán)流，尤其是影響風(fēng)向和天氣模式。但冷卻并不均勻，科學(xué)家們注意到，歐洲地區(qū)可能在極小時(shí)期出現(xiàn)明顯的冷卻，但阿拉斯加和格陵蘭南部卻異常溫暖。
也許許多人都認(rèn)為，地球冷卻是件好事。但是，實(shí)際上，太陽(yáng)極小期所帶來(lái)的涼爽并不適合地球，比如說(shuō)，夏天的時(shí)間會(huì)縮短，而糧食可能因此而減產(chǎn)，嚴(yán)重的話(huà)，可能會(huì)導(dǎo)致糧食供應(yīng)不足的問(wèn)題。
北極地區(qū)是全球變化響應(yīng)最敏感的區(qū)域，北極地區(qū)地表氣溫的增暖速度是全球平均的2-3倍，稱(chēng)之為北極放大效應(yīng)（Arctic Amplification）。過(guò)去30年來(lái)北極氣溫異常值越來(lái)越大，到2019年已經(jīng)升溫達(dá)3攝氏度以上。為什么北極升溫速度比其他地方快？
1.海冰—反射率正反饋
我們都知道，白色冰雪對(duì)于太陽(yáng)輻射是具有反射作用的。全球氣候變暖，北極地區(qū)海冰消融變成開(kāi)闊水面，海冰的反射作用消失，而海水吸收和儲(chǔ)存了更多的太陽(yáng)輻射，海水對(duì)近地面的加熱作用隨之增強(qiáng)，導(dǎo)致近地面升溫。更暖的氣溫使得海冰進(jìn)一步減少, 從而形成了海冰—反照率正反饋，加速了北極的升溫速度。
海冰反射率
2.大氣溫度反饋
根據(jù)普朗克定律可知，在同等的外部輻射強(qiáng)迫下，絕對(duì)溫度越高，為達(dá)到向外輻射能量平衡所需要的溫度調(diào)整便越小，反之亦然。比如在30°C時(shí)，為平衡1 W/m2的輻射強(qiáng)迫氣溫需要升高0.16°C，而在-30°C時(shí), 為平衡同樣能量所需的增溫則達(dá)到0.31°C。由于北極地區(qū)的絕對(duì)溫度明顯低于中低緯地區(qū)，在同等輻射強(qiáng)迫下，北極地區(qū)需要更高的增溫來(lái)達(dá)到新平衡。所以這也會(huì)造成北極地區(qū)升溫比其他地區(qū)快。此外，由于北極地區(qū)的增溫主要在大氣的低層，而熱帶地區(qū)主要在中高層，因此大氣增溫對(duì)于北極地表溫度升高影響更顯著。
不同地區(qū)的熱輻射強(qiáng)度因溫度和吸收能量等而有差異
3.云和水汽反饋
眾所周知，水汽是一種重要的溫室氣體，能夠吸收大氣中的太陽(yáng)長(zhǎng)波輻射并儲(chǔ)存熱量，增強(qiáng)大氣的保溫作用。隨著全球氣候變暖，北極地區(qū)大范圍海水蒸發(fā)，大氣中水汽容量增多，對(duì)應(yīng)的云量也會(huì)增多，大氣的保溫作用增強(qiáng)，造成北極地區(qū)升溫。大量研究表明, 云和水汽的增多是近年來(lái)北極海冰減少和北極增溫的重要原因。
大量水汽入侵后對(duì)北極氣溫快速升高
4.除以上三點(diǎn)原因外，大氣環(huán)流和洋流也能將低緯度的水汽和熱量輸送到北極。
北極放大效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制
一、溫室氣體增加導(dǎo)致全球氣溫升高，北極海冰融化后海水吸收了更多的太陽(yáng)輻射，進(jìn)而導(dǎo)致海冰進(jìn)一步減少，從而造成北極氣溫的進(jìn)一步升高，形成了惡性循環(huán)；
二、北極云量和水汽的增加導(dǎo)致更多的長(zhǎng)波輻射被反射回地面；
三、中緯度波動(dòng)向北極輸送更多的熱量和水汽（一種溫室氣體）；
四、海洋變暖后向極地輸送更多熱量，導(dǎo)致海冰融化；
（圖片源自AER）
北極升溫和海冰較少影響
首先，北極陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化。在陸地上，積雪快速融化，植被覆蓋增加，樹(shù)線(xiàn)北移；在海洋里，溫度和光照的增加促進(jìn)了浮游植物的生長(zhǎng)，魚(yú)類(lèi)等隨之北上，漁業(yè)資源也北移。極地是全球生態(tài)安全的屏障，作為地球上的生態(tài)脆弱帶，這些變化可能給寒冷生態(tài)系統(tǒng)的微妙平衡帶來(lái)重大破壞。
其次，二氧化碳等溫室氣體的循環(huán)過(guò)程發(fā)生極大改變。北極是目前地球上碳源匯格局變化最劇烈的地區(qū)。
碳源和碳匯分別指二氧化碳的釋放源和吸收體。一方面，地表大量營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)在冰層融化后被沖刷入海，開(kāi)闊海域面積和持續(xù)時(shí)間增加，都有利于海洋植物的生長(zhǎng)，加強(qiáng)了碳從海洋表層向深層的轉(zhuǎn)移和埋藏，這一將碳“抽”入海底的過(guò)程也被形象地稱(chēng)為“海洋生物泵”；另一方面，凍土層加速融化加劇了土壤中甲烷和二氧化碳的釋放，海域的擴(kuò)張也加大了浮游生物對(duì)二甲基硫等溫室氣體的排放。可見(jiàn)，碳源和碳匯在北極都有所增加?？傮w來(lái)說(shuō)，北冰洋是大氣二氧化碳的“匯”，但這個(gè)“匯”涉及上述陸地與海洋物質(zhì)交換的多種過(guò)程，未來(lái)究竟會(huì)如何變化，目前尚不得而知。
最后，北極地區(qū)發(fā)生的海—冰—?dú)庀嗷プ饔眠^(guò)程也對(duì)北半球的氣候和極端天氣產(chǎn)生了影響。北極海冰面積減少會(huì)導(dǎo)致北半球冬季大氣環(huán)流場(chǎng)的變化，造成中緯度氣壓降低和高緯度氣壓升高，給北半球國(guó)家?guī)?lái)頻繁的寒潮與暴雪，甚至影響霧霾的擴(kuò)散。此外，冰層的融化也會(huì)導(dǎo)致海平面的升高。據(jù)估算，如果格陵蘭島的冰川全部融化，全球海平面將上升約7米。即便較小的海平面上升，加上臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等極端天氣的共同作用，也將給沿海地區(qū)帶來(lái)巨大災(zāi)難。
北極的快速變化也能帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)機(jī)遇：北極航道通航能力增強(qiáng)，油氣、漁業(yè)等資源開(kāi)采的條件將大為改善。然而，對(duì)于北極，我們已知的還很少，未知的還太多。未來(lái)，對(duì)北極變化情況及其生態(tài)效應(yīng)影響還需開(kāi)展更多的科學(xué)研究。在此基礎(chǔ)上，各國(guó)也應(yīng)立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，為應(yīng)對(duì)氣候變化、規(guī)范北極治理積極展開(kāi)磋商和合作。
1982-2007，北冰洋較厚冰層逐漸減少
（圖片：wikipedia@National Snow and Ice Data Center）▼
冰蓋融化導(dǎo)致極地冷渦南移
在正常年份，北極的海冰面積在3月份時(shí)到達(dá)最大值16000000平方千米，9月份時(shí)經(jīng)過(guò)一整個(gè)夏季的融化，到達(dá)最小值7000000平方千米。因?yàn)楹１姆凑章蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)大于海水，所以冬季時(shí)可以反射而不是吸收更多的太陽(yáng)能，夏季則相反。數(shù)百萬(wàn)平方千米的冰蓋與海水之間的切換，對(duì)全球氣候都能起到影響，對(duì)北半球中高緯度的影響尤其明顯。
夏季和冬季差異很大，這是一個(gè)巨大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)
（參考：NOAA）▼
冰蓋減少會(huì)造成大氣環(huán)流的異常，重要表現(xiàn)包括向極溫度梯度減弱（因?yàn)楸睒O自己的氣溫上升了），大陸上空緯向西風(fēng)減弱，西伯利亞高壓增強(qiáng)等等，而后者對(duì)中國(guó)冬季氣候來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
此外，極地渦旋是影響氣候的重要因素，它是大氣高層的緊密旋轉(zhuǎn)氣流。漩渦可以將極地溫度極低且密度較大的空氣，一直通向上空的平流層，就像無(wú)形的彈力繩“束縛”著冷空氣，把冷空氣限制在北極地區(qū)。
它的形成源于地球高低緯度之間的氣壓差（也就受到溫度差的影響）。北極與赤道的溫差越大，極地渦旋也就越穩(wěn)定，越能將冷空氣鎖定在極地。
一旦極地渦旋偏弱，留出的空間就會(huì)被較為溫暖的氣團(tuán)北上占據(jù)，擠壓極地渦旋原本的空間。受到擠壓的極地渦旋影響范圍就變得不再穩(wěn)定、規(guī)則，北極氣團(tuán)就可能被“擠”到更靠南的地方。
嚴(yán)重時(shí)，極地渦旋本身也會(huì)發(fā)生分裂。正常情況下，北極渦旋會(huì)分裂為兩個(gè)，分別分布在加拿大的巴芬島和西伯利亞?wèn)|北部，它們分別控制著西北半球和東北半球的高緯度氣流，這種情況也還算穩(wěn)定。
全球變暖越來(lái)越顯著，這導(dǎo)致海冰減少，反射減弱，吸收更多太陽(yáng)熱力，海冰進(jìn)一步減少的惡性循環(huán)，所以出現(xiàn)了非常反常識(shí)的現(xiàn)象——北極升溫幅度接近其他地區(qū)平均升溫幅度的三倍。
北極比赤道暖化更快也就意味著兩者之間的溫差正在減弱，大氣環(huán)流也因此受到影響。繼而，它減弱了極地渦旋和西風(fēng)急流，使西風(fēng)急流較為波動(dòng)，有利于北極冷空氣南侵。
所以在過(guò)去四十年，極地渦旋的偏弱的趨勢(shì)在逐漸明顯，在近年來(lái)終于愈發(fā)明顯地出現(xiàn)分裂。在最嚴(yán)重時(shí)分裂為雜亂無(wú)章的數(shù)個(gè)，并南下到北半球中高緯地區(qū)，這也就解釋了為什么在2010年代，美國(guó)東北部的冬季變得更加嚴(yán)酷。
除了極地渦旋減弱的大環(huán)境，發(fā)生于赤道中東太平洋的拉尼娜事件，對(duì)這個(gè)尤其寒冷的冬季也起到了推波助瀾的作用。
拉尼娜現(xiàn)象源自東南信風(fēng)吹走了太平洋東部被曬熱了的表層海水，導(dǎo)致底部寒冷的海水上翻，赤道太平洋中部和東部海洋表面溫度的大尺度降溫，并影響熱帶大氣環(huán)流，進(jìn)而影響風(fēng)和降雨量。它對(duì)天氣和氣候的影響通常與厄爾尼諾現(xiàn)象相反，對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，增加冷冬出現(xiàn)的概率。
北極變暖有那些影響？
1.對(duì)中緯度天氣氣候的影響
2.加劇水分循環(huán)
冰層是全球淡水的重要來(lái)源，儲(chǔ)存著全球70%以上的淡水，是地球上最大的淡水庫(kù)。短期內(nèi)，冰層融化可增加周邊河流水資源的供給，通過(guò)水分循環(huán)使降水增多，緩解干旱地區(qū)水資源短缺的狀況，改善生態(tài)環(huán)境，對(duì)灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展和缺水地區(qū)生物的生存具有積極作用。但從長(zhǎng)期來(lái)看，冰層融化會(huì)造成未來(lái)水資源供應(yīng)不足。
3.改變大洋環(huán)流
由于北極冰層融化及降雨量增加等因素，大量淡水匯入北大西洋和北太平洋，影響了北極附近的海水濃度。在過(guò)去的幾十年里，流向南部的深層海水鹽度變得越來(lái)越低，原因是北極冰層融化形成了大量淡水，通過(guò)海水運(yùn)動(dòng)匯入北大西洋，改變了這些海域的海水鹽度。
海冰融化不會(huì)導(dǎo)致海平面上升，隨著北極變暖加速，格陵蘭冰蓋會(huì)進(jìn)一步融化，如果格陵蘭冰蓋完全融化，全球海平面將上升約7米，全球上百個(gè)海濱城市包括上海和廣州將沉入水底。
假如南極冰蓋、格陵蘭冰蓋、陸地冰川等的冰層全部融化，海平面將會(huì)上升約66米，絕大部分人口最集中、最繁榮、最發(fā)達(dá)的沿海城市將被淹沒(méi)，屆時(shí)，我國(guó)華北大部分（包括北京和天津）、華東部分、珠三角地區(qū)，倫敦、美國(guó)佛羅里達(dá)州、墨西哥灣等大部分區(qū)域、東京、京都等大城市都難逃厄運(yùn)，日本領(lǐng)土?xí)缓Ｋ毫殉墒畞?lái)個(gè)小島，更慘的是擁有1.6億人口的孟加拉國(guó)全國(guó)將會(huì)沉沒(méi)。
（圖為海平面升高66米后的海陸分布圖）
5.對(duì)人體健康的影響
北極氣溫上升正產(chǎn)生蝴蝶效應(yīng)，使引發(fā)病毒和流行病傳播的一些因素被激活，病毒危機(jī)表現(xiàn)出比以往更復(fù)雜的形態(tài)。
首先，北極氣溫升高導(dǎo)致北冰洋冰層和陸上永凍土融化，被困在永凍土下數(shù)百萬(wàn)年的遠(yuǎn)古病毒正“蠢蠢欲動(dòng)”。
其次，覆蓋在北極海洋的冰層不斷消融，使得生活在大西洋和太平洋的生物開(kāi)始融合。在冰層融化前，兩大洋的生物被北極厚厚的冰層阻隔，形成了相對(duì)獨(dú)立的基因系統(tǒng)，彼此間都缺乏抵御對(duì)方疾病的抗體。而冰川的消失，讓這些生活在不同區(qū)域，攜帶不同疾病的海洋生物相遇，不可避免將會(huì)導(dǎo)致一些致命疾病的傳播。
再次，氣候變暖使一些野生動(dòng)物物種，被迫遷移到以前因過(guò)于寒冷而不適宜動(dòng)物生存的地方。可以想見(jiàn)，世界各地大批候鳥(niǎo)的棲息環(huán)境也會(huì)因氣候變化而變，候鳥(niǎo)的遷徙行為將隨之變化，這種變化使得人禽共染病毒有更多的機(jī)會(huì)得以傳播，如多種禽流感。
最后，雖然目前北極地區(qū)仍是一片荒涼，深層永凍土層尚可獨(dú)安一隅，但人類(lèi)的科研和生產(chǎn)活動(dòng)已開(kāi)始在這一區(qū)域啟動(dòng)，采礦和鉆井作業(yè)所需要的挖掘可能讓這些古老的凍土層暴露出來(lái)，如果那里仍然存在有活力的病毒粒子，將可能帶來(lái)未知的災(zāi)難。
這頭冰凍的長(zhǎng)毛猛犸象遺體是在俄羅斯西伯利亞永久凍土地帶被發(fā)現(xiàn)的，距今約有39000年歷史
數(shù)據(jù)顯示，在2004年和2009年，病毒感染的幾率是其他年份的9.2倍，這與當(dāng)年海冰的消融有關(guān)。海冰消融導(dǎo)致極地動(dòng)物尋找新的棲息地，隨著這些動(dòng)物的遷移及與其他物種的接觸，可能會(huì)引入和傳播新的傳染病。研究人員表示，隨著北極海冰的持續(xù)消融，病毒跨越北太平洋和北大西洋傳播可能會(huì)越來(lái)越普遍。
法國(guó)科學(xué)家復(fù)活的一種在西伯利亞永久凍土中冷凍了3萬(wàn)多年的巨型無(wú)害病毒
科學(xué)家還在冰川中發(fā)現(xiàn)了古老病毒。1999年，美國(guó)科學(xué)家在格陵蘭島深達(dá)2000米的地下冰芯樣品中檢測(cè)到了“番茄花葉病毒”的影子，由于這種病毒很穩(wěn)定，它們的基因組在冰層里埋藏了14萬(wàn)年還能被檢測(cè)到。這也是目前發(fā)現(xiàn)的最為古老的病毒基因組痕跡。
西伯利亞永凍層病毒研究成果披露了更多的病毒信息。2014年3月，科學(xué)家在俄羅斯的西伯利亞凍土層中發(fā)現(xiàn)了迄今世界上最大的巨型病毒，長(zhǎng)達(dá)1.5微米，可以在光學(xué)顯微鏡下直接觀察到，其生存的年代正是史前人類(lèi)尼安德特人滅絕之時(shí)的3萬(wàn)多年前，科學(xué)家將其命名為“西伯利亞闊口罐病毒”。
此外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)永凍土內(nèi)的病菌已經(jīng)開(kāi)始威脅人類(lèi)。2016年夏天，西伯利亞亞馬爾半島上的一群馴鹿和游牧民患上一種神秘的疾病。有關(guān)“西伯利亞瘟疫”的謠言一度甚囂塵上。實(shí)際上，這種神秘疾病上一次出現(xiàn)在該地區(qū)還是1941年。當(dāng)時(shí)一個(gè)小男孩和一群馴鹿死亡后被確診罹患炭疽熱。病源是一具解凍的馴鹿尸體，而這頭馴鹿死于多年前的炭疽熱疫情。因此，科學(xué)家認(rèn)為，是氣候變暖促使永凍土層解凍，以致在此地區(qū)消失了75年的炭疽桿菌又卷土重來(lái)。
醫(yī)學(xué)專(zhuān)家對(duì)2016年亞馬爾半島的這次事件進(jìn)行了追蹤調(diào)查。雖然目前依然不清楚這種病毒是如何感染當(dāng)?shù)厝说?，但大多?shù)專(zhuān)家認(rèn)為，牛虻可能起到了中介宿主的作用。亞馬爾半島的夏季，是牛虻的繁殖高峰期，當(dāng)?shù)睾芏鄠魅静《寂c牛虻有關(guān)。
國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》近日發(fā)表的一項(xiàng)研究顯示，加拿大北極地區(qū)的冰川正在以前所未有的速度消融，深藏地下4萬(wàn)年的景觀逐漸暴露出來(lái)，同時(shí)古老的植被和古細(xì)菌也得以重見(jiàn)天日。
美國(guó)地質(zhì)勘探局的科學(xué)家表示，由于北極海冰融化，北極熊不得不到阿拉斯加北部的陸地上進(jìn)行繁殖，導(dǎo)致繁殖成功率下降，獵物也相應(yīng)減少，捕食期越來(lái)越短，對(duì)北極熊的生存造成影響。此外，北極冰層的融化造成北極狐食物減少、海豹棲息地改變、海鳥(niǎo)養(yǎng)育后代困難、冰藻數(shù)量急劇減少等一系列問(wèn)題，威脅著北極生物的生存。
北極冰層的融化帶來(lái)的影響絕不僅僅涉及北極地區(qū)生物，還關(guān)系到人類(lèi)生存的環(huán)境。冰層的融化改變了北極魚(yú)群的生存環(huán)境，漁場(chǎng)分布發(fā)生變化，將直接影響周邊國(guó)家漁業(yè)發(fā)展。此外，隨著北極冰層減少，海水里的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量降低，威脅到以這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為主要食物來(lái)源的海洋魚(yú)類(lèi)和浮游生物；食物的減少會(huì)使一些種群開(kāi)始萎縮，進(jìn)而威脅到以魚(yú)類(lèi)為主要食物的食肉動(dòng)物的生存；食物鏈變得日漸脆弱，最終將影響包含人類(lèi)在內(nèi)的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。
海冰減少還會(huì)帶來(lái)海洋酸化和永凍帶污染物大范圍擴(kuò)散等重大環(huán)境問(wèn)題，影響海洋生物可利用的光合作用總量，影響大型哺乳動(dòng)物的生存環(huán)境。
（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
隨著北極氣候變暖，北半球中緯度地區(qū)頻頻發(fā)生極端高溫事件，發(fā)生森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越高。
僅2018年上半年歐洲就發(fā)生了450起大規(guī)模的森林火災(zāi)，且嚴(yán)重森林大火的數(shù)量比過(guò)去十年多了40%，其中希臘的森林大火是歐洲1900年以來(lái)最大的森林火災(zāi)。
年2020新年伊始，澳大利亞一場(chǎng)“災(zāi)難級(jí)”的山火進(jìn)入了全球視野，整個(gè)世界都為之揪心，據(jù)統(tǒng)計(jì)，有5200萬(wàn)的哺乳動(dòng)物、6200萬(wàn)的鳥(niǎo)類(lèi)、3.89億的爬行動(dòng)物在這場(chǎng)大火中喪生，1070萬(wàn)公頃的森林和灌木被損毀。大量森林被毀壞，會(huì)導(dǎo)致地面反照率下降，吸收更多太陽(yáng)輻射，還會(huì)導(dǎo)致大量的二氧化碳被釋放到大氣中，進(jìn)一步加速全球變暖。
北極加速變暖會(huì)導(dǎo)致格陵蘭冰蓋會(huì)進(jìn)一步融化，引起海平面上升，海水會(huì)向內(nèi)陸倒灌使得鹽土向內(nèi)陸擴(kuò)展導(dǎo)致土地鹽漬化和沼澤化，所以靠近沿海地區(qū)的種植面積會(huì)急劇減少，造成糧食產(chǎn)量下降。
全球氣候變暖將使世界主要糧食帶向極地?cái)U(kuò)展，并且擴(kuò)展的速度是年平均氣溫每提高1℃，地球中緯度地區(qū)的農(nóng)作物等將向兩極推進(jìn)150公里左右，會(huì)使較為寒冷的高緯度地區(qū)的農(nóng)作物生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，產(chǎn)量相應(yīng)增加。而世界上主要產(chǎn)糧地區(qū)是分布在中、低緯度地區(qū)，高緯度地區(qū)的耕地面積有限，因此高緯度地區(qū)所增加的糧食產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能補(bǔ)償其他地區(qū)糧食的減產(chǎn)。
在接近極地和中低緯度高山區(qū)域，很多設(shè)施比如公路、房屋等都建設(shè)在多年凍土之上。據(jù)估計(jì)，全球大約350萬(wàn)人生活在多年凍土或鄰近區(qū)域。一旦多年凍土開(kāi)始部分消融，上層土地開(kāi)始變得非常不穩(wěn)定，滑坡等地質(zhì)災(zāi)害必然會(huì)加快，破壞建造在其上的設(shè)施。圖5是加拿大一個(gè)小鎮(zhèn)上被不穩(wěn)定的土地破壞的道路。受不穩(wěn)定的多年凍土影響的區(qū)域還有俄羅斯、阿拉斯加、挪威、中國(guó)高原區(qū)（青藏高原）等等。
圖5. 多年凍土融化破壞其上的道路
事物的變化往往具有兩面性，北極海冰融化對(duì)全球氣候、生態(tài)等產(chǎn)生消極影響的同時(shí)，也產(chǎn)生了一定的積極影響。
北極地區(qū)的資源價(jià)值將進(jìn)一步顯現(xiàn)。北極海域的冰層融化使北冰洋底的石油、天然氣等海洋資源的開(kāi)采變得可行。北極海域洋底的一半為大陸架，自然地質(zhì)特征決定了北極海域擁有豐富的石油、天然氣及礦物質(zhì)儲(chǔ)量，但是過(guò)去北極海域常年冰封，惡劣和艱苦的氣候條件使開(kāi)發(fā)這些海洋資源遙不可及。而氣候變暖使曾經(jīng)長(zhǎng)期被人忽視的海域，在不久的將來(lái)可以變成開(kāi)發(fā)利用的“風(fēng)水寶地”。
北極航線(xiàn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將得以實(shí)現(xiàn)。北極航線(xiàn)是指北冰洋上連通太平洋與大西洋的航線(xiàn)，目前包含西北航線(xiàn)和東北航線(xiàn)，前者為繞過(guò)加拿大北部的航線(xiàn)，后者為繞過(guò)西伯利亞北部的航線(xiàn)。這兩條航線(xiàn)更接近球面上兩點(diǎn)之間的最短連線(xiàn)（大圓航線(xiàn)），是連接太平洋北部與大西洋北部的最短航線(xiàn)。未來(lái)，由西北航線(xiàn)和東北航線(xiàn)形成的新“大西洋-太平洋軸心航線(xiàn)”，將成為北美、北歐和東北亞國(guó)家之間最近的海上通道，亞、歐和美洲之間的航線(xiàn)將縮短6000~8000公里。
北極航線(xiàn)通航的重要意義體現(xiàn)在它連接的是世界最為發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)區(qū)域。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家大多集中在北半球的中高緯度地區(qū)，北極航線(xiàn)為這些國(guó)家的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易提供了更便捷的通道。北極航線(xiàn)一旦全線(xiàn)開(kāi)通，必將對(duì)世界航運(yùn)格局產(chǎn)生重大影響。
觀測(cè)數(shù)據(jù)、再分析資料和模式模擬均顯示全球氣溫在過(guò)去幾十年持續(xù)升高，北極的升溫速率大約是全球平均升溫速率的2倍，即北極放大效應(yīng)（Arctic amplification）。有關(guān)北極放大及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制是目前極地氣候?qū)W的一個(gè)研究熱點(diǎn)和前沿，受到了學(xué)界廣泛關(guān)注。目前，學(xué)界對(duì)北極放大的認(rèn)知主要局限在過(guò)去幾十年其在季節(jié)、年際上的變化。北極放大在更長(zhǎng)時(shí)間尺度上是如何變化的？其年代際或多年代際變化特征和驅(qū)動(dòng)機(jī)制是什么？自然驅(qū)動(dòng)和人為驅(qū)動(dòng)的相對(duì)貢獻(xiàn)分別有多少？目前還缺乏相關(guān)認(rèn)知。
過(guò)去千年是當(dāng)前氣候變化的背景，包含了氣候系統(tǒng)從月到百年的變化周期。因此，從科學(xué)意義上來(lái)看，過(guò)去千年是研究北極放大的理想時(shí)間段，不但有助于認(rèn)識(shí)當(dāng)前北極放大所處的歷史背景和地位，還將有助于理解該效應(yīng)的多年代際變化特征以及厘清在自然變率和人為影響下北極放大的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、中科院青藏高原研究所、瑞典倫德大學(xué)、瑞典哥德堡大學(xué)等研究人員，借助能最優(yōu)融合記錄和模式的古氣候數(shù)據(jù)同化方法，通過(guò)同化北半球樹(shù)輪、冰芯、湖泊沉積物等氣候代用資料，重建了北半球、過(guò)去千年、逐年、2°空間分辨率的年均氣溫格網(wǎng)化數(shù)據(jù)。該重建數(shù)據(jù)和格網(wǎng)化觀測(cè)數(shù)據(jù)以及多條基于多源代用資料重建的北半球氣溫序列之間具有很好的時(shí)空一致性。以重建的過(guò)去千年北半球氣溫格網(wǎng)化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究人員進(jìn)一步重建了世界上首條過(guò)去千年北極放大指數(shù)序列。
研究表明，不管是多模式模擬結(jié)果還是古氣候數(shù)據(jù)同化結(jié)果，北極放大指數(shù)在過(guò)去千年均呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)（p < 0.001）（圖1）。在千年尺度、多年代際變化上，北極放大和大西洋多年代際濤動(dòng)（AMO）、溫室氣體（GHGs）之間具有顯著相關(guān)性（p < 0.001）且這兩個(gè)因子能解釋北極放大變化的大部分驅(qū)動(dòng)來(lái)源（圖2）。北極放大變化和其他因子【如太平洋年代際濤動(dòng)（PDO）、北大西洋濤動(dòng)（NAO）、厄爾尼諾/南方濤動(dòng)（ENSO）、北極海冰范圍、太陽(yáng)活動(dòng)、火山活動(dòng)】之間在上述時(shí)間尺度上沒(méi)有顯著的相關(guān)性。工業(yè)時(shí)代前，北極放大的多年代際變化主要受AMO主導(dǎo)；在工業(yè)時(shí)代，北極放大的多年代際變化受GHGs和AMO雙重主導(dǎo)，且GHGs濃度升高會(huì)顯著弱化由AMO所調(diào)控的北極放大強(qiáng)度。此外，現(xiàn)有研究所指的北極放大效應(yīng)，通常是指北極增溫幅度大于中低緯度地區(qū)。而該研究表明在小冰期（~1550-1850 AD）北極變冷的幅度明顯大于中低緯度變冷的幅度，北極放大效應(yīng)在人類(lèi)強(qiáng)迫很弱甚至人類(lèi)強(qiáng)迫幾乎可以忽略不記的時(shí)期依然表現(xiàn)得很明顯。
該研究把當(dāng)前學(xué)界對(duì)北極放大效應(yīng)研究的視野從過(guò)去幾十年延伸到了過(guò)去千年，把對(duì)北極放大效應(yīng)研究的時(shí)間尺度從季節(jié)、年際擴(kuò)展到了多年代際，并且從主要受自然因素影響和自然-人為雙重因素影響的角度出發(fā)，闡明了北極放大在千年尺度、多年代際變化上的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
專(zhuān)題練習(xí)
2017年2月8日，格陵蘭島北端的氣溫升至0℃以上，引發(fā)世人關(guān)注。近30年來(lái)，北極地區(qū)不僅在變暖，而且變暖速度是全球平均速度的2倍，這種加速變暖現(xiàn)象被稱(chēng)為“北極放大效應(yīng)”。據(jù)此完成1，2題。
1．“北極放大效應(yīng)”現(xiàn)象的形成機(jī)制是 ( )
A．受高氣壓帶控制，晴朗天氣多
B．極晝時(shí)間長(zhǎng)，海水熱量收入多
C．海冰消融，海面的反射率下降
D．周邊國(guó)家的溫室氣體排放劇增
2．受“北極放大效應(yīng)”的影響，下列北極地區(qū)的現(xiàn)象中，首現(xiàn)日期推遲的是 ( )
A．苔原植物的花期
B．北極鴨的北遷日期
C．入海河流的汛期
D．沿海港口的封凍期
CD 1、根據(jù)題干信息“近30年來(lái)，北極地區(qū)的變暖速度是全球平均速度的2倍，這種加速變暖現(xiàn)象是北極放大效應(yīng)”，從中可以提取隱性信息：全球都在變暖，但北極地區(qū)變暖速度比其它地區(qū)速度要快，所以解題關(guān)鍵是”要和其它地區(qū)比較，或者是北極地區(qū)30年前后比較“。回到選項(xiàng)中，北極地區(qū)并不全是受高氣壓帶控制，且北極地區(qū)受風(fēng)帶與氣壓帶控制不會(huì)是在短短的30年內(nèi)出現(xiàn)變化，同樣的氣壓帶或風(fēng)帶控制，不會(huì)出現(xiàn)30年前后不同的變暖速度，A不符合；極晝時(shí)間長(zhǎng)，海水熱量收入多也不會(huì)導(dǎo)致30年前后的變暖速度不同，且緯度較低的一些海區(qū)其海水熱量收入要比北極地區(qū)收入還要高，B不符合；周邊國(guó)家的溫室氣體排放不會(huì)只往北極地區(qū)方向流動(dòng)，且北極地區(qū)的風(fēng)帶為極地東風(fēng)帶，所以D也不符合；而由于全球氣候變暖，兩極地區(qū)海冰融化，北極海冰減少后，對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率下降，海水吸收的太陽(yáng)輻射量會(huì)增加，會(huì)導(dǎo)致北極地區(qū)變暖加速，故C正確。2、“北極放大效應(yīng)”其實(shí)就是北極變暖的現(xiàn)象，區(qū)域變暖，平均氣溫上升，植物的花期就提前，不會(huì)推遲，A錯(cuò)；變暖后冷的時(shí)間減少了，冷的程度降低了，北極鴨北遷返回原地的時(shí)間只能提前而不會(huì)推遲，B錯(cuò)；變暖周邊陸地上的冰原或積雪融期提前、融速加快，入海河流的汛期也不會(huì)推遲，C錯(cuò)；北極區(qū)域變暖了，平均寒冷期就會(huì)減少，所以沿海港口的封凍初始期只會(huì)往后推遲，解凍期提前，所以D正確，故本題選D。
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