北极海冰：地球气候的重要 “调节器”

在地球的最北端，北极地区的海洋上漂浮着广袤的海冰，它们不仅是北极熊等极地生物的家园，更是地球气候系统中至关重要的一环。北极海冰的变化，深刻影响着全球的气候、生态和人类活动。

北极海冰是什么

北极海冰指的是北极地区直接由海水冻结而成的咸水冰，亦包括进入海洋中的大陆冰川、冰山和冰岛等。北极地区稳定的冰盖占据北冰洋海面三分之一以上，并覆盖格陵兰和其他岛屿以及高纬大陆地区。北极地区冰盖总面积约为 1330 万平方公里，其中 1100 万为海冰，200 万为陆冰。其中心平均厚度达 3-4 米，其厚度向边缘逐渐减小。由于这些冰是由许多不连续的冰场组成的，在空气和洋流的作用下不断移动，所以冰界也是不断变化的。在海冰的移动中，往往由于挤压作用，形成冰山（冰的堆积），其厚度显著超过冰盖平均厚度，可达几百米。而高大的冰山往往不是海洋自生的，是来自于大陆冰川分裂下来的冰山，进入海洋。例如，格陵兰半岛上大陆冰层平均厚度 1500 米，有的达 1900 米。

北极海冰的形成机制

海水有一定盐度，这使得它与淡水的结冰过程有所不同。海水最大密度时的温度并非像淡水那样是 4℃，而是随盐度增大而降低，同时海水的冰点也会下降。当盐度为 24.7‰时，海水密度最大时的温度与其冰点一致，为 - 1.332℃ 。盐度再增大，海水密度最大时的温度会降到其冰点以下。因此，海水不能在某个温度下突然完全冻结。当海水温度降至冰点开始结冰后，冰中许多小洞穴内的海水盐度逐渐加大，要使其继续结冰，需使温度下降至更低的冰点。当气温低于海水冻结温度时，海表面向大气释放热量，直至海表温度低于冻结温度。此时，如果由下层海水向海表的热量传输速度小于海表的释热速度，海冰便开始形成。海冰成长时会排出大量盐分，使得周围海水盐度上升，虽然冰点下降，但密度增加，周围海水开始下沉，原来位置被下部低盐度（密度）海水取代，而低盐度海水冰点较低，从而促进海冰的形成，这便是海冰形成的循环机制。

北极海冰的分布与变化

古气候研究表明，从前的海洋冰盖发生了显著变化，在第四纪期间（最近的百万年）曾几次延伸到温带，巨大的大陆冰冻也相应得到发展。古气候和历史资料显示，在最近几千年期间，北极冰界的位置也发生了明显振动。在暖期，海洋冰盖远远向北退缩，大陆冰冻面积也明显收缩，这种温暖期在数千年前也曾出现。

在北冰洋，海冰的南界大致从埃尔斯米尔岛北部开始，沿博登岛经新西伯利亚岛北面到格陵兰北部。浮冰的范围以 4 月最大，此时北冰洋及其周围海域全部有冰。北大西洋的浮冰南界在巴伦支海西南部、格陵兰海南部及纽芬兰的东南约 42°N 附近。北太平洋的浮冰南界从阿拉斯加半岛南端开始，经白令海中部、堪察加半岛南端、鄂霍次克海的东南部，直至日本北部的顶端。

美国国家冰雪中心观测结果显示，2023 年 9 月北极海冰范围为 4.37×10⁶ 平方公里，较 1981—2010 年的平均值减少了 2.04×10⁶平方公里 。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）气候模式预测，到 21 世纪中期，夏季北极海冰将完全消失。

北极海冰变化的影响

北极海冰对地球的气候系统有着举足轻重的作用。与大洋洋面相比，海冰的反照率较高，可以减少下垫面对太阳辐射的吸收；同时，作为一种物理屏障，海冰也改变了大气和海洋之间热量与水分的交换。全球变暖正在导致北极海冰由量到质的转变，一旦突破临界点将是不可逆的。

从气候角度来看，北极海冰面积的减少被认为是气候变化的强烈信号。北极海冰覆盖面积越小，地球表面对太阳辐射的反射就越少，吸收的热量就越多，气候就变得越暖，海冰的消融也就更快。海冰对海洋与大气间热量交换有抑制作用，海冰的减少会使得太阳辐射直接进入海水，有利于海水吸收热量，加剧海洋和大气间的热量交换。

在生态方面，北极熊、海象和鲸鱼等生物依靠海冰的存在维持它们的狩猎、繁殖和迁徙习惯。大幅度的海冰减少，将对北极地区的生态系统产生深远的影响。

北极海冰的变化还会影响到人类活动。例如，北极航道的通航情况与海冰状况密切相关，海冰的减少使得北极航道的通航时间可能延长，但同时也增加了航行的不确定性和风险。此外，海冰的变化还可能对北极地区的资源开发等活动产生影响。

北极海冰作为地球气候系统的重要组成部分，其变化关乎着地球的未来。我们需要持续关注北极海冰的动态，深入研究其变化机制和影响，共同努力应对气候变化带来的挑战，保护好我们的地球家园。