秦大河:加强冰冻圈科学研究势在必行

  • 中国气象报记者 宛霞 (中国科学院寒区旱区环境与工程研究所)
  • 创建于 2018-02-14
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  本期观点:冰冻圈作为气候系统最敏感圈层,其各要素变化机理和过程对于揭示气候变化和冰冻圈对气候变化的响应具有重要作用。

  在全球变暖的今天,冰冻圈科学已成为国际关注的热点和前沿研究领域之一。冰冻圈及其各组成要素形成、演化过程与内在机理,冰冻圈与气候系统其他圈层相互作用,以及冰冻圈变化的影响和适应等研究,对揭示气候系统变化和冰冻圈对气候变化的响应具有重要作用。“在气候变化背景下,加强冰冻圈科学研究势在必行。”中国科学院院士、冰冻圈科学国家重点实验室学术委员会主任秦大河说。
  从地球历史看,大气CO2浓度居高不下成冰冻圈变化“催化剂”
  2017年10月30日,世界气象组织(WMO)发布温室气体公报,宣布2016年全球大气CO2浓度达403.3ppm(1ppm为百万分之一),继2015年的400ppm后再创新高,是过去80万年以来最高值。

  “目前大气CO2浓度已是工业化(1750年)前的145%,而过去的70年间,大气CO2浓度的增长速度是末次冰期结束时的100倍,变化剧烈前所未有。温室气体浓度增加、海平面上升、海洋酸化、冰冻圈退缩、生物多样性丧失以及碳、水和氮循环的变化等表明,人类活动的影响巨大,地球处在一个新的地质时代——人类世。”秦大河说,这对人类社会和地球系统将产生深远影响。
  科学家通过烯酮、硼同位素和叶片气孔化石等代用资料,分析南极冰盖冰芯记录、Keeling曲线和GAW观测记录,以及模式预估四种情境下21世纪末的气候变化,得到从古新世大气CO2浓度到2100年地球系统的响应关系。距今3400万年前(古新世),大气CO2浓度达到或超过1000ppm,南极洲不可能发育冰盖;距今1500万年到1700万年(中新世中期),大气CO2浓度为400ppm到650ppm,全球地表平均温度比今天高3℃到4℃,在最暖的间冰期,东南极洲冰盖退缩到南极洲腹地,海平面上升40米;距今300万年到500万年(中上新世)是距今最近的大气CO2浓度400ppm时段,全球地表平均温度比现在高2℃到3℃,格陵兰冰盖和西南极洲冰盖、东南极洲冰盖部分区域退缩,海平面比今天高10米到20米。
  “过去80万年的八次气候回旋里,大气CO2浓度在180ppm和280ppm之间波动。当前403.3ppm已超过过去80万年的自然变率,CO2浓度变化剧烈,可以说是前所未有。”秦大河说。
  关注三种临界点,应对可能到来的各种变化
  那么,CO2浓度的剧烈变化,有哪些影响与风险?

  “与气候相关影响的风险来自于气候相关危害(包括危害性事件和趋势)与人类和自然系统的暴露度及脆弱性相互作用。其中,气候系统(自然系统)和社会经济过程(包括适应和减缓)的变化,是危害、暴露度和脆弱性的驱动因子。”秦大河解释说,由于人类活动,地球环境的某些子系统正在接近临界点(阈值)。科学家预估,未来气候可能突变,超过不可逆转阈值,产生负面影响。
  针对此种情况,科学家主要关注三种临界点——
  全球平均地表温度上升1℃到3℃:北极夏季海冰消融;格陵兰冰盖和西南极洲冰盖发生不可逆的融化,山地冰川将消失殆尽。
  全球平均地表温度上升3℃到5℃:亚马逊大部分地区由热带雨林变为热带稀树草原;北方森林大规模的生态变化影响区域变暖;对温盐环流的影响,尤其是大西洋经向翻转环流(AMOC)减缓;厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)强度和频率的变化;萨赫勒地区绿化。
  全球平均地表温度上升超过5℃:东南极洲冰盖发生不可逆的融化;多年冻土融化、甲烷释放;北极冬季海冰消失。
  尽管这三种临界点多少有些令人无奈,但值得欣慰的是,政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告推动了科学与决策的结合。
  追溯其进程,早在1988年,WMO和联合国环境署(UNEP)联合成立IPCC,组织全世界在气候系统各圈层和社会经济与可持续发展领域的顶尖科学家,将气候系统五大圈层的变化与人类社会经济活动相联系,对过去一段时间气候变化研究进展进行评估。1990年以来,IPCC先后发布了五次评估报告,成为国际社会应对气候变化的权威文件,也是各国政府制定应对气候变化政策、采取行动的重要科学依据。1996年,欧盟委员会第1939次会议上首次提出将2℃升温阈值定为长期目标。伴随气候变化科学研究的不断深入和五次IPCC评估报告,经过国际社会共同努力,2015年《巴黎协定》将2℃温升目标正式纳入具备法律效力的国际条约。
  这似乎令人看到了希望,而秦大河也指出,“冰冻圈变化对全球环境和气候造成的影响,怎么警惕也不为过。我们亟待增加研究的深度和广度,以应对可能到来的各种变化。”
  加强冰冻圈科学研究,努力实现“弯道超车”
  秦大河认为,气候变化科学是自然科学和社会科学的有机结合,冰冻圈科学也不例外。“冰冻圈科学以构建学科体系为目标,围绕冰冻圈变化机理和冰冻圈变化的气候、水资源、生态效应及其适应对策等开展研究,包括自然科学、人文社会科学,学科交叉包括政治、经济、社会、历史、民族宗教等,既联系地缘政治,为人类福祉、国家安全服务,又探寻新的学科增长点和发展走向。”

  和国际冰冻圈科学界的研究相比,我国冰冻圈科学研究相对走在前面。
  早在2007年3月,我国成立了冰冻圈科学国家重点实验室,是国际上第一个以冰冻圈科学命名的研究机构;2008年7月,国家重大基础研究项目“我国冰冻圈对气候、水文和生态的影响研究”(973项目)提出“变化-影响-适应”的研究主线,在随后的“超级973”(地学第一个A类项目)项目“冰冻圈变化及其影响研究”中,该研究主线得到进一步凝练;2016年,国家基金重大项目“中国冰冻圈服务功能形成机理与综合区划研究”进一步提出建立“自然-变化-影响-适应-服务”的冰冻圈科学体系,在国际上第一次提出将冰冻圈功能与人类福祉开展系统关联研究;2017年,我国提出“冰冻圈地缘政治”课题,建立冰冻圈科学体系取得成效,并日臻完善。
  正如秦大河所说,种种迹象表明,国际同行大多仍在做冰冻圈要素的研究,这对于我国冰冻圈科学界“弯道超车”是一个机遇,如果成功,将成为引领者。“我们要有世界眼光和战略思维,顺应科学和社会发展潮流,紧扣人类和国家发展脉搏,认清形势,努力实现从跟跑、并跑到领跑的跨越。同时,我们必须冷静审视,理性思考,看准方向,抓住机遇,脚踏实地,百折不挠,努力构建冰冻圈科学体系,早日实现我们的目标。”

 

责任编辑:黄巧