AMAP評估報告解讀：北極氣候變化及其影響的新認識

羅 犀， 張玉蘭， 康世昌， 陳金雷

（1. 中國科學院 西北生態環境資源研究院 冰凍圈科學國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730000；2. 中國科學院大學 資源與環境學院，北京 100049）

0 引言

氣候變化是當前北極地區面臨的一個重要問題，北極冰凍圈（冰川、冰蓋、積雪、海冰、多年凍土等）和極端事件（極端降水、極端熱事件、極端冷事件、極端野火等）的變化正在深刻改變北極氣候與環境［1-4］。為系統監測和評估北極地區氣候變化和環境污染現狀，為北極發展和政策制定提供科學支撐，1991年環北極8國（美國、加拿大、俄羅斯、挪威、瑞典、丹麥、芬蘭和冰島）達成環境保護戰略協議（Arctic Environmental Protection Strategy， AEPS），啟動北極環境監測與評估計劃（Arctic Monitoring and Assessment Programme， AMAP）。1996 年北極8國基于AEPS成立北極理事會，AMAP成為北極理事會下屬工作組。2017 年，AMAP 發布了《北極雪、水、冰和多年凍土》（SWIPA 2017）［1］評估報告，指出溫室氣體濃度上升正在推動極為敏感的北極氣候、環境和生態系統發生廣泛而快速的變化。自2011年以來，海冰、陸地冰（主要為冰川和冰蓋）、積雪范圍和積雪期均呈顯著下降趨勢，多年凍土持續升溫，北極正在被一個更溫暖、濕潤、多變的環境取代。2019 年，AMAP 發布《北極氣候變化新進展2019》（AMAP 2019）［2］決策者摘要，在北極氣候變化趨勢、海冰、陸地冰與海平面上升、北極生態系統和社會經濟影響等方面更新了SWIPA 2017 的認識。2021 年，AMAP 最新發布的《北極氣候變化新進展2021：關鍵趨勢和影響》（AMAP 2021）［3］科學報告指出：北極氣候和環境要素繼續快速變化，正在深刻改變北極生態系統和北極社區。由溫室氣體排放引起的氣候變暖已被列為全球性環境問題之首，“北極放大效應”使得北極成為全球地表氣溫增暖最劇烈的地區之一，北極也因此更易受氣候變化的影響［5-8］。本文基于AMAP氣候變化評估報告，對北極氣候和冰凍圈要素變化特征、北極極端事件變化特征、北極區域生態系統和社會經濟發展影響的新進展予以解讀。

1 北極氣候和冰凍圈要素變化特征

1.1 氣溫

SWIPA 2017 報告表明，在過去幾十年（1961—2014 年），北極近地表氣溫增幅約為全球同期平均的2 倍。AMAP 2019 指出，北極地區繼續以全球2倍的速度變暖；1971—2017 年，北極地表年平均氣溫增加2.7 ℃，是北半球氣溫增幅的2.4 倍，其中冷季（10 月—次年5 月）增溫3.1 ℃，暖季（6—9 月）增溫1.8 ℃；北冰洋大部分海域的海水表層溫度也在上升，1982—2017年，楚科奇海8月海水表層溫度以0.7 ℃·（10a）-1的趨勢上升。AMAP 2021 進一步揭示北極快速增溫的事實：1971—2019 年北極年平均近地表氣溫增加了3.1 ℃，是全球增幅的3 倍，其中冷季（10 月—次年5 月）北冰洋上空增溫4.6 ℃。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）2021 年北極年度報告指出，2020 年10 月—2021 年9 月北極（＞60° N）平均陸地表面氣溫比1981—2010 年上升1.1 ℃［9］。北極近地表氣溫在亞歐大陸和阿拉斯加北部邊緣明顯大于加拿大北極群島，海洋升溫快于陸地，其中新地島北部海洋和斯瓦爾巴群島北部海洋最為顯著，峰值（10.6 ℃）出現在巴倫支海東北部上空［圖1（a）］。北極近地表氣溫上升趨勢與全球一致，變化幅度明顯大于全球［圖1（b）］。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報告（AR6）同樣指出，北極將繼續以全球2倍的速度變暖（高信度）（IPCC 評估報告AR6 采用“很低、低、中等、高和很高”對研究結論信度進行評估），模式預估北極最高增溫趨勢可達全球的3倍（高信度）［10］。北極增溫趨勢在短時間內不會改變。

圖1 北極地區近地表年均溫度變化趨勢：1971—2019年北極氣溫變化空間分布［3］（a）；相對于1981—2010年平均氣溫，北極（＞60° N）和全球氣溫距平的時間變化［1］（b）Fig. 1 Annual surface temperature trend patterns in Arctic regions： spatial distributions changes of air temperature during 1971—2019［3］ （a）， temporal changes of Arctic and global temperature anomalies relative to the 1981—2010 mean value （60°～90° N）［1］ （b）

1.2 降水

根據最新觀測和模擬數據，AMAP 2021發現北極年降水量在1971—2019 年增加超過9%，降水增加趨勢為1.5%·（10a）-1～2.0%·（10a）-1，這與SWIPA 2017 報告中加拿大北極陸地（＞55° N）1950—2010年降水增加趨勢［1.5%·（10a）-1］相當。AMAP 2021進一步指出北極冷季（10月—次年5月）降水增加最多，其中降雨量增加24%，增加趨勢為4.9%·（10a）-1，這明顯高于SWIPA 2017 報道的整個北極地區1936—2009 年冷季（10 月—次年5 月）降水增加趨勢［3.6 mm·（10a）-1，1.5%·（10a）-1］。2021 年8 月，格陵蘭島最高海拔處首次觀測到持續的降雨［9］。降水增加歸因為海冰消退導致的蒸發增加帶來更多的降水，以及較低緯度水汽帶來的降水（圖2）。水汽增多也使得大氣吸收更多的地表長波輻射而增溫，形成氣候變暖的正反饋。另一方面，降水和陸地冰融水的增加，降低了北冰洋表層海水的鹽度，經大洋環流輸送，影響大西洋經向翻轉環流（圖2）。AMAP 2021 指出，1971—2019 年北極8 條最大河流（葉尼塞河、勒拿河、鄂畢河、麥肯齊河、育空河、伯朝拉河、科累馬河和北德維納河）徑流量增加了7.8%。2020 年北極8 條最大河流流量比1981—2010 年的平均值增加約12%，北冰洋上層淡水體積比1980—2000 年平均值增加了8 000 km3，增幅為11%，增量等于亞馬孫河和恒河年流量之和［1，9］。降水沖刷帶來的營養物質和有機碳，隨北極河流注入北冰洋，進一步影響海洋生產力，同時，徑流條件制約和影響著冬季運輸、基礎設施、資源獲取、凍土碳釋放和生態系統動態變化。

圖2 北極內部以及北極和較低緯度地區的海陸水分交換［1，11］（藍色箭頭表示未來北極水分交換的變化，箭頭大小粗略地表示變化幅度，紅色文本和箭頭表示相關的氣候后果）Fig. 2 Exchange between sea and land within the Arctic and between the Arctic and lower latitudes［1，11］ （The blue arrows indicate water exchange of the Arctic in the future； the sizes of arrows roughly represent the change magnitude； and the red text and arrows indicate the associated climate consequences）

1.3 積雪

對北極積雪的監測包括積雪期、積雪范圍、雪深和雪水當量（snow water equivalent， SWE）等。SWIPA 2017 綜合分析了多個數據集（站點監測資料、衛星數據、再分析資料），指出過去幾十年（1970s—2014 年）北極積雪期以2～4 d·（10a）-1的趨勢減少（表1），春季積雪提前消融，秋季積雪時間推遲。俄羅斯、阿拉斯加和加拿大高緯度北極地區的地表監測站觀測結果顯示，積雪開始時間推后趨勢約為2 d·（10a）-1。積雪存在較大的空間異質性，被動微波衛星數據顯示，1979—2012 年俄羅斯中部和西部積雪開始消融時間提前了1～2 周，而北美幾乎沒有變化。1979—2016 年，北極6 月積雪范圍的減少趨勢為17.8%·（10a）-1，大于同期9 月海冰范圍減少趨勢［13.4%·（10a）-1］。北極雪深和SWE 總體呈下降趨勢，相比積雪期具有更大的空間異質性。SWEmax相應趨勢表明，1966—2014年SWE在歐洲平原東北段和西伯利亞西南部區域顯著增加［3%·（10a）-1］，然而在100° E以西的俄羅斯泰加林地區顯著降低［1］。

表1 不同數據集北極積雪期趨勢變化Table 1 Summary of trends in Arctic snow cover duration for datasets

AMAP 2021 報告指出，2019 年5—6 月，北極陸地積雪范圍比1971 年下降了21%，亞歐大陸的降幅（25%）高于北美（17%）。2021 年，亞歐大陸北極積雪范圍為1967 年以來6 月最低記錄的第三位，另外兩次分別出現在2012 年和2020 年［9］。20 世紀90 年代以來，北冰洋西部海冰上覆積雪深度下降超過33%［3］。

1.4 海冰

AMAP 2021 指出，除白令海以外，北極海冰范圍和海冰面積在所有月份均呈下降趨勢。1979—2018 年，北極9 月海冰范圍減少43%；同期，海冰體積減少75%［2］。1979—2013 年，北極海冰持續時間減少趨勢為10～20 d·（10a）-1［1］。1975—2012 年，北冰洋中部海冰厚度減薄65%［1］。最新觀測數據顯示，2021 年4 月為2010 年以來最小的冬季末海冰體積［9］。IPCC AR6也指出，2011—2020年北極海冰面積是1850年以來的最小水平（高信度）［10］?？傮w上，北極多年海冰正在被季節性海冰取代，開闊海域面積增加。海冰減少主要歸因于大氣變暖、大氣環流和低緯度海洋熱量輸送，并通過反照率-氣候正反饋機制進一步加速海冰消融。例如，在80° N 以北，海冰表面融池形成時間提前，使得海冰對太陽輻射的吸收增多，而多年冰的融池比一年冰的形成的時間更早，進一步加速海冰厚度減?。?4-15］。

海冰形成的時間強烈影響著春季海冰微生物和藻類的豐度和組成。海冰消融引起海洋藻華發生的時間和強度改變，在海冰消融最嚴重的地區，年內出現兩次藻華（春季和秋季）的現象增加，對整個生態系統食物鏈產生影響。SWIPA 2017 指出，在1998—2000 年和2007—2012 年，年內兩次藻華現象在整個北極地區發生率增加了兩倍，貝類和海洋哺乳動物體內均有檢測到海藻產生的有毒物質［1］。AMAP 2019 對海冰與生物量關系做出闡述：2018 年白令海地區初級生產力比正常水平高出500%，這是對2017—2018 年海冰范圍處于低位的響應［2］。AMAP 2021 指出海冰減少對北極的鱈魚、鯨魚、海豹和北極熊等物種產生直接影響：海冰消融導致的生物量增加和北極海域增溫使得北大西洋魚類向北擴張，同時，在俄羅斯西北部，秋冬兩季的雨雪天氣變得更加頻繁和強烈，這一趨勢與巴倫支海和喀拉海海冰減少有關［3］。

北極海冰變化所產生的影響遠遠超出海冰生態系統，1979—2018 年，最小和最大的海冰面積分別以10.5%·（10a）-1和2.6%·（10a）-1的趨勢減少，開闊海域夏季對太陽輻射的吸收增加，減緩了秋冬季節北極海冰的結冰速度，北極海冰的這種反照率-氣候的正反饋機制使得全球變暖效應在北極放大［16-17］。同時，因為北極海冰對氣候變化具有高度敏感性，它是氣候變化重要的指示器和記憶器，而且海冰減少對中緯度地區極端天氣氣候事件的影響機制是備受關注的焦點問題。

1.5 陸地冰

目前，北極陸地冰因大氣增溫和海洋變暖而快速萎縮。陸地冰面積不斷減少、厚度持續減薄，整個北極的冰川和冰蓋正在快速退縮。SWIPA 2017 指出，至少從1972 年開始，北極陸地冰消融就是全球海平面上升的主要來源，其中2004—2010年，北極陸地冰融化對海平面上升的貢獻超過1/3，而其中格陵蘭冰蓋占北極貢獻的70%［1］。1992—2017 年，北極陸地冰為海平面上升貢獻（21.8±11.2） mm，占全球海平面上升的31%［18］；一個多世紀以來（1850—2000 年），北極貢獻全球海平面上升的48%（10 cm）。

AMAP 2021 進一步厘清了1971—2019 年北極各個區域陸地冰消融變化，結果顯示北極所有區域陸地冰消融正在加速，格陵蘭冰蓋具有最大的消融量（圖3）。2011—2014 年，格陵蘭冰蓋物質損失速度為375 Gt·a-1，是2003—2008 年物質損失速度的2 倍；2019 年，格陵蘭冰蓋消融量占北極陸地冰總消融量的51%。Box 等的研究顯示［18］，1971—2017年北極陸地冰為全球海平面上升貢獻為（23±12.36） mm，其中格陵蘭冰蓋貢獻占46.1%［（10.6±7.3） mm］，阿拉斯加占24.8%［（5.7±2.2） mm］，加拿大北極占13.9%［（3.2±0.7） mm］，俄羅斯北極占6.5%［（1.5±0.4 mm）］。

圖3 1971—2019年北極陸地冰物質平衡變化［3］Fig. 3 Temporal variations of Arctic land ice mass balance changes during 1971—2019［3］

1.6 河冰、湖冰

河冰、湖冰影響局部蒸發以及地球化學組分和能量的遷移，它不僅會隔絕水-氣間的直接熱量交換，還會增大河湖表面反照率，是影響氣候變化的關鍵因素，因而河、湖冰變化趨勢可以在一定程度上反映北極氣候變化特征［19］。以阿拉斯加為例，Arp 等［20］的研究發現，在北極變暖背景下，湖冰觸底冰完全消融日比浮冰提前17天，這使得觸底冰區蒸發大于浮冰區。在冬季，北極河、湖冰峰值體積約為1 600 km3，這大致相當于北半球陸地積雪的體積，面積與格陵蘭冰蓋相似［21］。AMAP 2021根據俄羅斯、加拿大和阿拉斯加的數據指出，大多數北極地區的河冰厚度正在減薄，削弱了春季因凌汛引發洪水的風險，同時，北極湖冰從多年凍結類型向季節凍結類型轉變，河、湖冰厚度減薄威脅著北極內陸依靠冰體建立的道路，限制通往偏遠居民點的途徑。1974—2004 年，北極湖冰存在期縮短趨勢為4.3 d·（10a）-1，初冰日推遲趨勢為1.6 d·（10a）-1，消融日提前趨勢為1.9 d·（10a）-1，河冰變化趨勢與之類似，其中加拿大北極地區1985—2004年湖冰初冰日推遲趨勢為7.6 d·（10a）-1，消融日提前趨勢為9.9 d·（10a）-1，而瑞典1961—1990 年間，湖冰消融日提前趨勢為2.5 d·（10a）-1，雖然消融速率存在差別，但湖冰存在期縮短的事實在北極廣泛存在［1，22-23］。

1.7 多年凍土

從1970s 開始，依托北極連續多年凍土區和不連續多年凍土區的監測站點開始對多年凍土進行連續監測，系統獲得了地下溫度和活動層厚度等數據［1］。第四次國際極地年（2007—2009 年）期間，在北極加拿大、阿拉斯加、俄羅斯和北歐依托監測站鉆取575 個凍土鉆孔，SWIPA 2017 中多年凍土溫度變化就以此為基準。發現截至2015年，北極高緯度寒冷地區多年凍土溫度比2007—2009 年間升高超過0.5 ℃，在較溫暖的加拿大馬根些南部和中部、阿拉斯加內陸地區、西伯利亞和北歐的不連續多年凍土區，增溫小于0.2 ℃，其中一些地區溫度略微下降［1］。監測站記錄地表以上10～20 m 的氣溫中，北極高緯度寒冷多年凍土區增幅（＞0.5 ℃）也最大［1］。

AMAP 2021在SWIPA 2017監測基礎上將時間尺度延長（1971—2019 年），指出北極多年凍土增溫2～3 ℃，過去20 年（2000—2019 年）增溫速度為1979年以來最快。監測數據顯示，從1990s 開始多年凍土活動層在許多站點加深，整個北極多年凍土都在消融。多年凍土消融形成的熱融湖塘無氧環境將封存的土壤碳釋放到大氣中（CO2、CH4），或者轉移到水體中（溶解性有機碳、顆粒有機碳），因多年凍土退化而裸露在有氧環境中的土壤碳，會快速排放到大氣中（CO2），釋放的溫室氣體會加劇氣候變暖，形成正反饋效應［1，24，25］。北極多年凍土區土壤有機碳含量約為1 460～1 600 Pg C，是目前大氣碳庫含量的兩倍多［26］。多年凍土有機碳的10%主要以CO2和CH4的形式釋放，其數量級與土地利用轉變的排放相當［27］。

2 北極極端事件變化特征

AMAP 2021明確指出，北極極端氣候事件正在增加。極端降水、極端溫度和極端野火已經對北極社區產生重大社會經濟影響，短期預估顯示，極端事件發生頻率和強度還會增加。IPCC AR6 指出自1950s 以來，在觀測資料足以進行趨勢分析的大部分陸地區域，極端降水事件的頻率和強度都有所增加（高信度），自1980s 以來，南北半球的中緯度風暴路徑都可能向極地方向移動［10］（IPCC評估報告AR6采用“幾乎確定表示發生的概率為99%～100%；極有可能表示95%～100%；很可能表示90%～100%；可能表示66%～100%；極不可能表示0～5%；幾乎不可能0～1%”對研究結論可行性進行評估）。在斯瓦爾巴群島極端降雪和極端降雨引發雪崩、泥石流和山體滑坡。在北極的一些地區，雨雪天氣和凍雨事件發生頻率增加，目前超過85%的阿拉斯加土著村莊正在遭受洪水和海岸侵蝕，因救援行動有限，洪水對偏遠居民點構成重大風險［3］。

從2000 年開始，持續15 天的冷期（Cold Spells）（AMAP 2021 中冷期定義為“至少連續六天的日最低氣溫，低于1980—2010 年5 天日最低氣溫均值的10%”）幾乎從北極消失，極端冷事件的頻率正在降低，極端熱事件頻率正在升高。1979—2013 年，盡管在西伯利亞的一些地區極端冷事件有所增加，但整個北極的極端冷事件顯著減少。

在阿拉斯加和西伯利亞，野火發生頻率已經增加［3］。AMAP 2021 報告指出，北極森林野火燒毀面積大于中緯度地區，是大氣中黑碳和顆粒物巨大且不斷增加的源；自1950 年以來，阿拉斯加發生極端野火的頻率一直在增加，1950—1999 年的50 年間，年野火面積超過1×106英畝（404 686 hm2）的年份為13 年，頻率為26%，而2000—2019 年的20 年發生8次，頻率為40%（圖4）。在阿拉斯加內陸的針葉林，Kelly等［28］用古生態學重建野火歷史表明，現代野火強度和頻率高于過去10 000 年里任何時間。西伯利亞的記錄也顯示，1996—2015 年，極端野火的頻率有所增加，而由于林業經濟的重要性，在受到重點監測的地區（如芬諾斯坎底亞），野火并不頻發［3］。

圖4 1950—2019年阿拉斯加年野火面積［3］Fig. 4 Annual acres burned by wildfires in Alaska，1950—2019［3］

野火具有兩個方面的氣候效應：野火產生的黑碳沉降在北極冰凍圈表面，增強對太陽輻射的吸收，從而加速北極冰凍圈消融；同時，野火產生的散射型氣溶膠，具有負反饋效應［29-31］。此外，野火還顯著加速凍土退化和植被演替的速度，將多年凍土土壤碳轉移到大氣中［1］。溫度和降水的增加與閃電引燃的野火增加有關，雖然更長、更溫暖的夏季預計會增加野火發生的頻率，但北極年平均降水量增加，連續干旱天數減少會抑制野火發生，未來野火發生頻率和強度趨勢尚不清楚。野火的關鍵科學問題是確定野火在何時何地增加，對生態系統碳庫的具體影響及其氣候效應。

3 北極氣候變化與生態系統

3.1 北極海洋生態系統的變化和影響

海冰生物群落是北極海洋生態系統的重要組成部分，海冰范圍和面積減小、結冰期縮短和厚度減薄，正在影響海洋生物多樣性，改變北極物種的分布范圍，導致海洋哺乳動物的飲食結構變化，改變捕食者-獵物的棲息地和遷移模式，在北冰洋初級生產中扮演重要角色［3］。河流流量增加使得北極海岸線附近營養物質的輸送相應增加（圖5），由于極夜末期相對充足的營養條件，冰底海藻在春季快速生長，這是與海冰相關食物網的主要食物源，主導整個食物網的生物量，大部分生物量輸送到遠洋和底棲食物網。SWIPA 2017 指出，1998—2012 年北極遠洋初級生產力增加了30%。

圖5 全球變暖引發的北極主要變化示意圖［1］Fig. 5 Schematic representation of major observed changes in the Arctic caused by global warming［1］

北冰洋升溫和淡水增多直接和間接地影響海洋物種的生命周期，導致海洋生態系統范圍、季節性發生變化。來自太平洋和大西洋的溫暖海水進入北冰洋，使構成海洋食物網基礎的北極浮游生物群落發生變化，各種無脊椎動物、魚類和海洋哺乳動物的分布和數量也在發生變化，在楚科奇海和波弗特海共發現20 個新物種和59 個物種分布范圍改變，同時，大氣中CO2濃度上升引起的海水酸化影響包括粉紅色鮭魚、比目魚和鯡魚等在內的海洋魚類［2］。

研究北冰洋生產力需要更好地了解結冰海域和無冰海域的生產力變化、營養物質的循環以及初級生產者對不斷變化的環境的適應能力。雖然北冰洋海水表層溫度升高對表層和次表層初級生產者的影響仍不明確，但初步研究表明北極浮游植物可能能夠適應更高的溫度［3］。

3.2 北極陸地生態系統的變化和影響

北極陸地生態系統正受到氣溫升高、降水增加、積雪變化以及野火發生頻率和強度變化的影響（圖5）。氣溫升高正在影響北極陸地景觀，包括灌木向苔原擴張，蟲害的脆弱性增加和極端野火增多。夏季升溫導致主要植物開花時間更早更短，影響了傳粉者和以它們為食的物種，同時，苔原生態系統的CH4排放量隨著溫度的升高而增加［1］。北極氣候變化正在影響一些動物的分布和數量特征，在俄羅斯西北部和斯瓦爾巴群島，秋冬兩季的雨雪天氣變得更加頻繁和強烈，導致苔原被冰覆蓋，使得馴鹿群大規模缺乏食物，從本世紀初開始，北極地區馴鹿數量下降近50%［2］。

SWIPA 2017 根據衛星影像指出，在過去30 多年（1982—2015 年）許多苔原地區變得更綠，這反映北極植被覆蓋率和生產力增加，但從本世紀初開始，北極大部分地區，特別是亞歐大陸部分地區植被轉變為褐色，表明植物覆蓋和生產力開始下降［1］。AMAP 2021 基于最新的觀測數據（1982—2019 年）得出結論：因為更長、更溫暖的夏季，北極苔原綠化面積總體上增加10%，然而，由于蟲害爆發、多年凍土退化、熱融湖塘增多、降水的空間異質性和極端事件頻發，包括加拿大北極群島、阿拉斯加西南部和西伯利亞西北部部分地區植被開始褐變。北極植被在地-氣系統的能量和碳交換中發揮著重要作用，苔原排放的溫室氣體增加會導致氣候變暖正反饋，但灌木北擴會增加碳吸收，抵消部分影響。

在北極氣候變化對生態系統影響的研究中，對極端高溫、海冰迅速消失、格陵蘭冰蓋大范圍消融以及北極其他極端事件的評估中，很少探索它們對生態系統臨界點的影響。北極生態系統的臨界點，需要更嚴格的評估，如海水酸化達到一定臨界值，有殼類底棲生物無法形成貝殼。

4 北極氣候變化對區域社會經濟發展的影響

北極居住著大約4×106人，74%以上的北極人口集中在大型居民點（人口超過5 000），但大型居民點數量較少，90%以上的北極居民點規模較?。ㄈ丝诓蛔? 000）。66%以上的北極居民點位于多年凍土區，且46%的多年凍土區居民點位于沿海，多年凍土區和沿海是受北極氣候變化影響最大的地區［3］。北極氣候變化正在破壞當地基礎設施，影響北極居民生計及生命財產安全，特別是土著居民以采集為主的糧食安全，目前迫切需要在整個北極地區進行大規模的災害鑒定和評估。同時，商業捕魚、水產養殖、郵輪旅游向北極地區擴張和開辟北極新航線，為當地經濟增長帶來新動力。

4.1 致災影響

氣候變暖已經影響依靠雪、冰和多年凍土建立運輸的地區。一些俄羅斯高緯度居民點，在冬天只能通過冰道進入，預計未來這類偏遠居民點會減少。在加拿大和俄羅斯一些偏遠居民點，多年凍土退化和局部降雨增加已經影響道路基礎設施和全地形車的行駛，格陵蘭島西北部的獵人表示，可以在海冰上乘坐狗拉雪橇的時間已經從5個月減少到3個月［3］。

氣溫、降水、海冰和苔原生產力變化正在影響鯨魚、海象、海鳥、海豹和馴鹿等北極傳統食物的供應。兩次藻華加速有毒物質通過食物鏈在海洋動物體內富集，對糧食安全和人類健康構成威脅，加拿大和俄羅斯的土著獵人和漁民表示，野生動物的健康狀況正在下降。由于多年凍土消融和氣溫升高，儲存在冰窖中的食物更易變質，而且凍土消融時釋放出的汞等污染物，進入水生生態系統后，對飲用水安全構成風險。

在北極許多地區，建筑物、道路和其他基礎設施正因多年凍土融化而受到破壞。與1970s 相比，俄羅斯北極地區的多年凍土對建筑物的支撐作用已經減弱，在俄羅斯最北端的佩韋克，50%的建筑因多年凍土消融而被破壞，泰梅爾半島大部分居民點的基礎設施也受到影響。同時，北極也是地球上侵蝕率最高的地區之一，長期增溫和極端天氣的綜合影響正在加速海岸侵蝕。

4.2 致利影響

1970s 末開始，北冰洋大部分海域，無冰期已經延長1～3 個月，無冰期延長能增加北極航道的航運價值。AMAP 2021統計結果顯示，前往北極高緯度地區的郵輪游客數量從2008 年的67 752 人增至2017 年的98 238 人，增長47%。其中，前往斯瓦爾巴群島的數量從2008 年的3.9×104人增長至2017年的6.3×104人，格陵蘭島從2×104人增加到3×104人，但由于COVID-19 疫情肆虐全球使得2020 年超過50%的北極郵輪被推遲或取消。春季變暖和牧場提前綠化對駝鹿的生長繁殖產生積極影響，擴大了土著獵人的狩獵范圍。大西洋和太平洋北部海水升溫使得亞北極魚類和海洋哺乳動物向北擴張，這些物種生存范圍擴張可能增加巴倫支海北部、白令海北部和鄂霍次克海的商業捕魚潛力，將為部分北極沿海社區帶來潛在經濟效益。例如，鮭魚養殖和其他水產養殖向北擴張到大西洋北極地區，為當地創造經濟效益。除了海洋生物資源，北極變暖有利于獲取北極石油、天然氣和礦產等非生物資源。

5 北極氣候變化預估

最新的氣候模式和情景預估本世紀北極仍將持續快速變暖。國際耦合模式比較計劃第六階段（CMIP6）預估顯示，到本世紀末，北極的年平均地表溫度在不同的排放情景下，將比1985—2014年的平均值高出3.3～10 ℃［3］。在大多數排放情景下，CMIP6 中絕大多數模型預估：在2050 年前，北極將首次出現在9 月無海冰的情況（最早在2040 年出現）（圖6），在全球溫升2 ℃的情景下，北極夏季無海冰的可能性是溫升1.5 ℃情景下的10倍［3］。

圖6 北極9月海冰范圍歷史變化及模式預估［3］Fig. 6 Historical changes and model projections of September Arctic sea ice extent［3］

IPCC AR6《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》（SROCC）［32］模式預估結果顯示，相比于1995—2014 年，在RCP2.6 情景下（Representative Concentration Pathways， RCPs，典型濃度路徑），到2100 年格陵蘭冰蓋物質損失將使得海平面上升0.03（0.01～0.07）m，在RCP4.5 情景下為0.08（0.04～0.15）m，在RCP8.5 情景下為0.14（0.08～0.27）m。IPCC AR6 使用SSPs 情景（該情景加入了社會經濟發展信息，且可以在輻射強迫上與RCP 做比較），在SSP1-2.6情景下，相比于1995—2014年，到2100年格陵蘭冰蓋對海平面上升貢獻為0.06（0.01～0.10）m，在SSP2-4.5 下為0.08（0.04～0.13）m，在SSP5-8.5下為0.13（0.09～0.18）m［共享社會經濟路徑（Shared Socioeconomic Pathways， SSPs）表示為SSPx-y的格式，SSPx代表不同的社會經濟發展路徑，y代表2100 年增加的輻射強迫水平，單位：W m-2］。

氣候模式預估北極變暖導致的北極多年凍土退化將在本世紀帶來嚴重的經濟損失。Hjort 等［33］預估到2050年，北極地區將有超過3.6×104幢建筑、1.3×104km 道路和100 個機場將面臨近地表多年凍土消融而被破壞的風險。AMAP 2021 預估在高溫室氣體濃度情景（RCP8.5）下，到2100 年，僅由多年凍土融化導致的阿拉斯加公共基礎設施累計維護成本將增加10%。Melvin 等預估結果顯示，2015—2099年，在RCP4.5情景下，因為氣候變化給阿拉斯加基礎設施帶來的經濟損失約為42 億美元，在RCP8.5 情景下則為55 億美元［34］。SWIPA 2017 預估在2010—2100年，北極氣候變化給全球帶來的累計經濟損失在7×1012～90×1012美元。

6 結論與展望

基于AMAP 2021評估報告，系統解讀了北極氣候變化及其影響的研究成果和認知。對比SWIPA 2017和AMAP 2019，發現北極氣候正加速向更加溫暖、濕潤的趨勢轉變，北極環境要素的不穩定性增加，這種變化深刻影響北極生態系統和經濟社會發展。AMAP 2021 盡管對北極冰凍圈變化及其影響的認識具有推動作用，但有些領域仍存在不確定性。

由于目前大氣中溫室氣體濃度繼續增加，氣候變暖還將持續，北極變暖放大效應使得北極增溫幅度是全球平均的2倍以上，迫切需要：

（1）更為深入和系統研究北極氣候變化的機理和互饋作用，提高對北極與全球變化模式預估能力；填補關鍵地區和關鍵指標的空缺是認識北極氣候變化的基礎，需要優先關注多年海冰、格陵蘭冰蓋等獨特生態系統的變化。

（2）結合衛星遙感、無人機等技術，填補北極偏遠地區的數據空白；并推動數據共享，將數據轉變為信息產品，服務于北極地區航運、漁業等活動，例如將海冰變化數據及時服務于北極航運，以及對受北極氣候變化而引發的極端事件提出預警。

（3）基于北極理事會等跨國組織協調和加強監測網絡建設，削弱突發事件（如，COVID-19 疫情）對連續觀測的影響；北極理事會成員國和正式觀察員國，應優先向公眾普及北極氣候變化的事實及其影響，努力減少溫室氣體排放，還應支持如IPCC 和世界氣象組織等國際組織以北極為視角組織部分工作。

總之，加強對近期北極氣候變化和極端事件的監測與預估，提高應對北極氣候變化帶來不利影響的能力，以期趨向一個更具生態恢復力的狀態轉變是未來北極氣候變化研究的重點。