现代气候变化的敏感区

　　从南极地区冰岩芯和湖底沉积样品中提取古气候资料的信息，为研究现代气候变化提供了科学背景条件，有助于预告未来气候演变。例如，我们从南极东方站冰岩芯样品分析得到南极历史气温变化曲线中可以看出，近16万年来，南极内陆气温变化似乎有一个很长的周期。在距今12万年～14万年期间出现的一次高温期，之后，大约在距今130000年～116000年之间均为低温期，直到距今10000年后，才出现第二次高温期，两高温期间相距11万年。如果未来高温出现与过去历史相似的变化，则可估计未来1万年仍处于高温期，且高温数值与距今12万年～14万年间的情况相近。又如，根据竺可桢先生(1973)的研究，中国近5000年气温的变化表明:在公元前3000年至公元1000年间，中国气温虽有波动，但基本上均比当今气温高(正距平值约为1℃～2℃)；在公元1000年至1910年910年中，气温均比当今低约1℃；自1910年起，气温开始出现正距平。如果根据历史气候变化来推测未来气温变化的话，至少在公元2000年前均应为高温时段。

　　然而，未来气候的变化不一定都能按照过去历史演变过程而相似地进行，有时甚至完全相反。这是因为，要用历史气候演变来推断未来气候变化，只有当未来气候变化恰恰与历史演变过程相似时才有可能。然而，气候演变过程复杂多样，它受着若干因素的影响，而且这些因素之间又是相互作用、相互影响的，这就使得推测未来气候变化的难度增大。

　　那么，未来气候的变化过程主要受什么因素影响呢？

　　大家知道，气候变化的驱动力是太阳能。地球吸收太阳辐射，其中大约三分之一被反射回太空，其余的被地球及其周围大气（称作地-气系统）所吸收；地-气系统从太阳辐射中吸收的能量应当通过别的方式再发射回太空去，且发射的能量应基本上与吸收的相当。然而，在地-气系统中，有些因子能够改变地-气系统吸收发射辐射能量的能力，这就叫做对太阳辐射能的强迫力，也就是影响气候变化的外因之一。例如，由于地球表面的沙漠化和森林被破坏等原因，使得地球表面陆地的反射率增加，减少地球对太阳辐射能的吸收，改变了地-气系统的太阳辐射能收支状况，从而影响气候变化。又如，1990年～1991年的中东战争后，连绵持续的石油大火与浓烟，严重改变了中东上空的大气成分，阻断了太阳辐射能向地表发射，致使地面气温比正常情况低10℃左右。

　　影响气候变化的更重要的外部强迫力是温室效应。什么叫温室效应呢？根据太阳辐射波的长短不同，可分为短波太阳辐射和长波太阳辐射。短波太阳辐射的能量不易被大气吸收，但长波辐射的能量却易被几种微量气体（如，水汽，二氧化碳，甲烷，一氧化二氮及氟氯烃）吸收。当太阳辐射到达地表时，地表吸收其能量而增温，之后，再以长波辐射向大气发射，大气中的微量气体吸收这种长波辐射后增温，并且再向地表发射长波辐射，使近地面大气升温，这种现象就叫温室效应，这些微量气体又叫温室气体。打个比方，这些温室气体的作用像温室的玻璃一样，既能吸收太阳和地球表面发射的长波辐射能，又能把吸收到的这些长波辐射能反射到地球表面，升高气温。

　　除此以外，气候本身也会变化，这就是气候变化的内因。例如，占全球表面70%以上的海洋，它和全球大气间长期的相互作用变化也能引起气候变化；又如，地-气系统自身的不断变化也会影响气候，诸如极地冰覆盖面积变化对气候影响，青藏高原雪覆盖变化对气候的作用，等等。

　　另外，影响气候变化的内因与外因之间也会有相互作用。例如，南极大陆周围冰覆盖面积的变化（内因），必然影响太阳反照率，从而强迫改变了太阳辐射平衡值变化；再如，温室气体增加，使得气候变暖（外因），促使南极大陆及其四周的冰消融，改变地-气系统内的地表状态（内因）。

　　看来，影响现代气候变化的因素复杂多变，且各因素之间相互作用巨大，增加了预测气候变化的难度。

　　知道了影响气候变化的主要因素后，再来说明南极地区是全球气候变化的敏感地区和关键地区，应该比较容易了。

　　所谓敏感和关键地区，可从如下几个方面来阐述。

　　第一，南极地区的地-气系统是全球地-气系统的主要冷源，赤道附近的地-气系统是全球地-气系统的主要热源，两者遥相呼应，组成了全球热机的重要部分，是影响全球气候变化的主要因子。

　　众所周知，南极地区的地-气系统之所以成为全球地-气系统的冷源，除了因纬度高而太阳辐射弱以外，主要是由于具有广大的冰雪表面把太阳辐射反射回太空中的缘故。然而，气候学家们更关注的是南极地区冷源强度的变化，即南极地区海冰面积和海冰性质的变化。

　　首先是南极地区海冰面积的变化。观测表明，南极地区海冰面积的季节变化很大。在南极地区，2月（夏季）面积最小，约300万平方公里；9月～10月（冬季）面积最大，约2000万平方公里。极区海冰的年际变化以南极地区为显著。近10多年的卫星资料表明，冬季，南极海冰面积于1974年最小，1977年最大，两者相差约400万平方公里。

　　南极地区海冰面积的大小从两方面来影响气候的变化。第一，改变南极地区的海-冰-气热量和水汽交换。这是因为，海冰覆盖面积大时，南极地区海域的水面减小，从海洋向大气输送的热量和水汽减少；反之，水面增大，海洋向大气输送的热量和水汽增加。第二，改变南极地区下垫面对太阳辐射热量的吸收。这是因为，冰面的反照率要比水面的反照率高得多，海冰覆盖面积大时，南极地区海面吸收太阳辐射小，反之，吸收太阳辐射大。

　　以1974年和1977年冬季为例，取海冰平均厚度为1米，则上述两年南极海冰量相差为4×1012吨，其结冰时释放出的热量可达13.35×1020焦耳，若以其加热3400万平方公里面积(即1974年海冰面积与南极大陆面积之总和)上100百帕层(约16.5公里高度)以下的大气，可使整层大气升温4.3℃，即，1974年秋结冰过程中释放出的热量加热整层大气的结果要比1977年秋的升温高出4.3℃。

　　上述不同的加热状况，应该在相应的气压场和温度场上有反映。1974年9月，在南半球海平面图上，在南极地区，海平面气压距平值为负，中心值达-8hPa(图a)，即海平面气压比常年低；在离地约3000米高度上，南极地区的气温比常年高出2℃以上。相反，在1977年9月，在南极地区，海平面气压比常年高出2hPa，在离地约3000米高度上，南极地区气温比常年低2℃～8℃。

    其次，是南极地区海冰物理特性的变化。

　　多年冰和一年冰（新冰）在与大气热量交换中的差异。据观测，新冰（一年冰）在生成期间由于结晶而产生的月平均热通量（33.50W/m²）约为多年冰月平均热通量（12.95 W/m²）的2倍～3倍。统计表明，南极地区的冰多属一年冰（约占80%）。根据卫星资料统计，南极地区一年冰的面积约为16×106km²，多年冰的面积约为4×106km²。粗算起来，南极冰区与大气的热量交换约为587.8×1012W，它为考虑海洋-大气相互作用的数值模式提供了一个重要的物理参数。

    不同厚度的冰在与大气热量交换中的差异。观测研究表明，在冰的厚度为1厘米～100厘米时，海冰与大气间的热量交换变化最大。其中，通过冰层的热通量由500 W/m²减小到50 W/m²，变动10倍；冰面上的感热交换由330 W/m²几乎减小为零；潜热交换由70 W/m²减小到零；后两者变化更大。然而，当冰厚度越过100厘米后，各种热通量的变化就很小了。

　　上述结果提示我们，准确掌握南极地区冰厚度的分布以及冰厚度随时间变化的资料，非常必要。假设在南极地区的某一年中，厚度为10厘米的冰的分布面积变动10%，即2.04×1012m²，则通过冰层的热通量将变化510×1012W。可见，南极地区冰厚度分布的变化远比一年冰分布面积的变化更为重要。

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