環境與生態

北極冰融全球暖化

就在2003年9月底,北極最大的一座冰棚也裂成了兩塊……

撰文/席圖姆(Matthew Sturm)、裴洛維奇(Donald K. Perovich)、塞瑞茲(Mark C. Serreze)
翻譯/姚若潔

環境與生態

北極冰融全球暖化

就在2003年9月底,北極最大的一座冰棚也裂成了兩塊……

撰文/席圖姆(Matthew Sturm)、裴洛維奇(Donald K. Perovich)、塞瑞茲(Mark C. Serreze)
翻譯/姚若潔

冰晶刺痛我的臉頰,鬍子和雪衣邊緣鑲上了一層雪花。風颳起時,五名同伴的身影在大雪紛飛中變得模糊。這段橫越阿拉斯加極區長達1200公里的雪車旅程,我們走了800公里。我們於2002年晚冬啟程,為的是測量雪掩的厚度、估計其隔熱能力;這是維持多年凍土熱平衡的重要因子。我叫大家稍停,決定到底該怎麼辦。風越吹越大,溫度只有-34.4℃,顯然我們必須找個藏身處,而且越快越好。我把臉貼近一位夥伴的雪帽旁大喊:「確定大家都在一起。我們必須離開這片光禿禿的山脊。」

我們可能為了尋找全球暖化的證據而凍死,但當時這諷刺的想法完全沒進到我腦中,後來在溫暖舒適的帳棚裡,我才開始為這其中的矛盾大笑起來。 —席圖姆


北極的改變多到令人訝異:四個世紀以來最暖的氣溫、海冰覆蓋面積的縮小、格陵蘭冰棚的融化量、阿拉斯加冰河以空前的速度縮短。此外還有:俄羅斯河川流量的增加、北極的生長季每10年增加數日,以及多年凍土開始融冰。這些觀察加總起來,透露出單項測量無法顯示的警訊:北極正在發生徹底的轉變。過去10年,不同領域的科學家開始比較彼此的發現後,北極轉變的程度才為人所知。現在,不少科學家開始彼此合作,試著了解變化的各個細節,並預測北極與整個地球的未來。

他們這些成果的重要性是全球性的,因為北極能調控氣候的程度非常巨大,如同水壩的溢洪道可調節水庫的水位,極區則調控著地球的熱平衡。由於熱帶地區比南、北極吸收更多的太陽能,風與洋流持續把熱運向極區,交由極區大量的冰雪決定其命運。只要具高反射率的冰雪依然完整遼闊,射進北極的陽光絕大部份會被反射回太空中,便能使得北極不僅維持寒冷,也成為吸納低緯度地區熱能的良好倉庫。但這片冰雪如果開始融化縮小,反射的陽光便會減少,倉庫的效用也變得較差,最終將會使整個地球的氣候暖化。

然而,要釐清即將發生什麼事,卻十分困難。北極的氣候受到錯綜的回饋系統所掌控,衍生出極端複雜的狀況。有些過程是正回饋,將變動放大,可以把輕碰變成猛擠;有的則是負回饋,作用如同煞車,使變動緩和下來。

這些回饋系統中居首要地位的是「冰反射率回饋」(參見〈冰與水交織的網絡〉):溫度上升使冬季縮短、冰雪覆蓋面積減少,伴隨著漣漪效應一路直達中緯度地區。另一種回饋與碳有關。北極區有大量的碳以泥煤形式被冰凍,當氣候變暖、泥煤解凍,便會將二氧化碳釋放到大氣層,使暖化不僅發生於北極而遍及全球;此現象稱為溫室增溫。

問題的關鍵是,對於某些回饋過程如何獨立運作,我們都還不太明白,就更不用說要了解它們之間如何互動。我們知道的是,北極是一個複雜的系統,一件事情改變,每樣東西都會起反應,有時反應的方式還違反直覺。

氣溫上升,冰晶提早融化

我們觀察得越仔細,就發現越多變化。過去30年間,北極氣溫已經以每10年0.5℃的速度上升;大部份增溫發生在冬季和春季,其餘的增溫則可從夏季溫度的代用指標記錄(冰心與泥煤岩心、湖泊沉積物)得知。這些記錄顯示,20世紀末與21世紀初的溫度,是400年來的最高點。同樣的記錄也說明,這高溫是北極脫離小冰期後,100年來穩定增溫的結果。小冰期是一段嚴寒的時期,結束於1850年左右,而過去50年的劇烈升溫將之徹底終結。

最近的升溫趨勢,也反映在其他時序上。例子之一是自小冰期以來,北極與北半球的河冰與湖冰形成較晚、融化較早,冰封季節的總天數比1850年少了16天。在阿拉斯加,席圖姆(作者之一)家附近,有一場累積彩金30萬美元的賭局,猜測每年春天塔那那河於何時破裂。賭局從1917年成立至今,答案已平均提早約6天。高科技的衛星影像資料則顯示,從1970年代以來,北極無雪的時間每隔10年都會延長幾天,生長季也會增加四天。

【冰與水交織的網絡】


鳥瞰融化的海冰,青綠色的水是冰融造的水塘,這是從冰表面上的雪融化而成的淡水;近似黑色的水是海。兩者都比白亮的冰吸收更多熱能。

北極有許多回饋系統運作,使得預測北極區未來的狀態益加困難。這些系統中,冰反射率回饋(ice-albedo feedback)是最主要的一個。它的作用方式為:陸地、海洋與冰都會反射一部份入射的陽光,最後散至太空中,不會參與氣候的升溫。這些反射的比率稱為反射率。反射率為1的表面會反射所有的光,反射率為0者不反射任何光,而北冰洋竟然涵蓋了這整個範圍。在冰凍、有雪覆蓋的地區,反射率居自然界所有物質之冠,約為0.85;但在沒有冰的地方,反射率最低,約0.07。


晚春時節,浮冰上覆蓋著雪,又白又亮。這樣的表面反射大部份但非全部的入射陽光。有些冰融化了,使得冰緣後退,那些亮而高度反射的冰就變成了深色、吸光的海水。另外,除了北冰洋邊緣,融雪製造出的許多水塘,反射率也比較低。這兩處的融化都降低了反射率,又引發更嚴重的融化,如此惡性循環。


如果冰反射率回饋的運作是獨立的,甚至現在就有可能預測全球氣候。可惜事實並非如此。相反的,多種回饋共同運作,有的正向、有的負向,它們的淨效應很難估計。例如,如果反射率降低,效應是氣候暖化,但接著大氣中會有較多水蒸氣,雲量將增加。


雲的作用像是一把傘,可以減少地表的光照量(造成降溫);但是也會如地毯般留住地面上的長波輻射(造成暖化)。在冬季這個效應很明顯:沒有陽光、沒有傘,只有地毯,雲的回饋是正回饋。


但當夏天陽光充足時,情況又是如何?野外研究顯示,這得依雲的性質而定。高而薄的雲主要由冰組成,雨傘效應強,雲輻射回饋是負回饋;若是夏季常見在低空而由液態水組成的雲,則地毯效應強,為正回饋。的確,當這些低雲出現時,冰的融化比晴朗的日子還多。


科學家正試著釐清,在北極複雜網絡中的回饋系統,究竟何者最需被關注。目前的確有一些標的,像冰反射率回饋,可以把已經發生的改變變得更大、速度增加、影響範圍擴張。它們可能把系統推出邊緣之外。