冰凍圈儲存地球淡水資源?75% 科學(xué)體系的建立及發(fā)展
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冰凍圈變化和影響
冰凍圈變化在不同時空尺度上，通過改變其物質(zhì)和能量交換，與大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈及人類圈相互作用，影響人類經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。冰凍圈變化的影響有負(fù)面也有正面，對負(fù)面多種災(zāi)害和損失的研究居多。
冰凍圈變化
冰凍圈變化是指冰凍圈內(nèi)熱狀況和質(zhì)量的時空分布變化，在表觀上主要體現(xiàn)為形態(tài)、體積和質(zhì)量的變化，如冰川面積、厚度、冰量及末端或邊緣變化，凍土面積或范圍、厚度變化，積雪范圍和雪水當(dāng)量變化，海冰范圍和厚度變化，河冰、湖冰封凍和解凍日期，以及凍結(jié)日數(shù)、厚度的變化等。冰凍圈內(nèi)部如熱量（溫度）、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)遷移、化學(xué)和生物學(xué)等方面的變化，也屬變化的內(nèi)容。地球冰凍圈是氣候系統(tǒng)最敏感的圈層。在全球變暖的今天，冰凍圈各要素都在顯著變化，主要表現(xiàn)為規(guī)模在縮減，溫度在升高。
海冰因為有較長的觀測數(shù)據(jù)，可以看到長期變化的細節(jié)（圖?4）。北冰洋和南大洋是海冰主要分布區(qū)，監(jiān)測表明，相對于?1981—2010?年，北冰洋海冰（北極海冰）自?1979?年以來海冰范圍持續(xù)減少，南大洋海冰（南極海冰）海冰范圍較穩(wěn)定，20?世紀(jì)最后幾年到?2015?年間還略有增長。但是最近幾年這兩個地區(qū)的海冰范圍均顯著減少。
2006—2015?年，格陵蘭冰蓋和南極冰蓋平均冰量損失速率分別達?278±11 Gt/a?和?155±19 Gt/a，這加快了全球海平面上升。全球山地冰川整體都處于退縮或急劇退縮的狀態(tài)。在中低緯高山地區(qū)，近年頻頻出現(xiàn)冰川崩塌/垮塌事件，給當(dāng)?shù)貛頌?zāi)害。例如，2018?年西藏林芝地區(qū)的雅江冰崩堰塞湖事件。
近幾十年來，積雪范圍、最大深度、積雪期和雪水當(dāng)量普遍呈現(xiàn)減少趨勢。多年凍土普遍升溫、活動層厚度增加。河冰和湖冰結(jié)冰日數(shù)縮短、厚度減薄、融化時間顯著提前。
冰凍圈變化的影響
冰凍圈變化與氣候系統(tǒng)其他圈層及人類圈相互作用，影響著區(qū)域和全球經(jīng)濟社會發(fā)展。
冰凍圈—大氣圈—社會經(jīng)濟
冰凍圈變化影響不同時空尺度的氣候變化。潔凈的雪面反照率達?90%?以上，是一般地表面反照率的?3—9?倍。海洋在有、無海冰覆蓋的情況下，吸收能量的差別可達?9?倍以上；北極海冰減少使海洋吸收更多的太陽輻射，導(dǎo)致區(qū)域溫升速率達全球平均水平的?2?倍以上。北半球多年凍土含有?1?460—1?600?t?的有機碳，幾乎是大氣中碳的?2?倍，多年凍土融化所釋放的額外溫室氣體加劇了全球氣候變暖。如果全球溫升不能控制在?1.5℃?內(nèi)，21?世紀(jì)將有（1.50—2.50）×106?km2?的多年凍土融化，釋放約?100 Gt CO2，可能引發(fā)氣候突變。這將使當(dāng)前的“碳排放社會成本”增加近?8?倍——CO2?排放成本將從目前的?15?美元/t?成本上升至?116?美元/t。
冰凍圈—水圈—社會經(jīng)濟
在全球尺度上，冰凍圈退縮使大量冷淡水進入海洋，導(dǎo)致海平面急劇上升，使世界沿海地區(qū)和地勢較低的島嶼處于危險之中；同時，還會相應(yīng)改變大洋的鹽度和溫度，影響大洋熱鹽環(huán)流過程，進而改變?nèi)蛩h(huán)過程，包括大洋輸送帶和洋流強度等。區(qū)域尺度上，冰川的加速退縮在短時間內(nèi)可增加冰川徑流，但長時間內(nèi)將導(dǎo)致徑流量減少；水文過程發(fā)生改變，影響流域水循環(huán)和淡水資源的供給，尤其對高度依賴冰凍圈水資源的區(qū)域影響最大，給糧食安全、人體健康、維系生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟發(fā)展等帶來巨大的負(fù)面影響。亞洲水資源利用產(chǎn)生的總收入為?2?050?億美元，而其產(chǎn)生的總外部成本卻達到?6?600?億美元，約為總收入的?3?倍。
冰凍圈—巖石圈—社會經(jīng)濟
冰凍圈對陸地表層的影響主要表現(xiàn)為地表風(fēng)化、侵蝕、搬運與堆積作用，以及由此產(chǎn)生的一系列災(zāi)害。冰川地貌過程、冰湖洪水和泥石流、凍土凍融或熱融作用、山區(qū)積雪形成的春汛、海冰消退連同凍土融化引發(fā)的塌岸和“地面坍陷”等，都會對社會經(jīng)濟產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如，加拿大吉勒姆至丘吉爾間鐵路線路約?300?km?的修復(fù)重建，而?1978—1983?年僅用于穩(wěn)定凍土沉降、修復(fù)橋涵、恢復(fù)縱坡和更新軌枕就花費掉?3?000?余萬美元。
冰凍圈—生物圈—社會經(jīng)濟
冰凍圈退縮導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生演替的概率增加、物候提前，尤其是生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與時空分布格局。例如，多年凍土活動層深度增加、土層內(nèi)水分向下遷移，高寒草甸、高寒沼澤和濕地顯著退化。1970—2010?年，青藏高原的高寒沼澤濕地萎縮25.6%，沙漠化土地增加17.2%。此外，大氣冰凍圈變化可以直接影響植被生長，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)嚴(yán)重。
冰凍圈變化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響非常顯著。北極海冰范圍與厚度的持續(xù)減少，導(dǎo)致北極海冰邊緣區(qū)域食物鏈網(wǎng)絡(luò)或生物棲息地遭到破壞，進而波及種群繁衍。北極熊賴以生存和捕獵場所不斷縮小，導(dǎo)致北極熊數(shù)量和繁殖成功率不斷降低。若海冰持續(xù)減少，未來北極熊的數(shù)量可能會銳減近?2/3。生態(tài)系統(tǒng)的變化對環(huán)北極原住民的生活也有極大影響，不僅其謀生方式和社交方式出現(xiàn)改變，甚至本土語言文化也存在流失的危機。
冰凍圈—人類圈—地緣政治
冰凍圈持續(xù)退縮也引起國際地緣政治問題。北極海冰減少和北極航道的開通改變了航運格局，商業(yè)利益和環(huán)境效應(yīng)明顯，能源和礦產(chǎn)價值突出，軍事和戰(zhàn)略博弈也愈發(fā)明顯。冰凍圈退縮帶來了潛在戰(zhàn)略資源，對有效資源競爭的驅(qū)動力使得有些國家開始窺伺南極資源，導(dǎo)致南極洲地緣政治的局勢日趨緊張。在高山區(qū)，山地冰川退縮，導(dǎo)致淡水資源短缺，引發(fā)水資源危機。在國際河流區(qū)，水資源的爭奪加劇地緣政治摩擦。冰川融化還將引起海平面上升，低地國家與小島國家面臨著領(lǐng)土被淹沒的威脅。