北极地区20世纪温度变化趋势的不确定性
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第７卷第１期 ２０１２年３月出版 亚热带资源与环境学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｖ０１＿７
Ｍａｒｃｈ Ｎ０．１
２０１２
北极地区２０世纪温度变化趋势的不确定性 雷国良 ，朱 芸 ，李志忠 ，刘秀铭１，２，３，姜修洋 ，陈秀玲 ，靳建辉 （１．福建师范大学ａ．地理研究所，ｂ．地理科学学院，福州３５０００７； ２．兰州大学ａ．西部环境教育部重点实验室，ｂ．西部环境与气候变化研究院，兰州７３００００； ３．Ｍａｃｑｕａｉｒｅ大学环境与地理系，澳大利亚悉尼ＮＳＷ ２１０９）
摘要：北极作为地球的冷源之一，对于地球气候系统起着重要的调节作用．本研究通过分析和 总结北极地区器测数据和模拟集成结果，以及最近２ ０００ ａ来的温度记录，得出如下结果：１） 格陵兰冰盖表层大气温度记录显示，２０世纪存在１９２３－－１９６５年和１９９４年一至今２个相对温暖 时段，且前者更为温暖，温度变化幅度远大于北半球的平均温度．２）北极地区２０世纪温度 上升是客观存在的，其夏季温度和年平均温度呈现一致变化，未发现明显的温度异常信号． ３）定量重建的古气候记录显示了北极地区２０世纪升温的特征，但不同记录揭示的升温幅度 存在差异．与器测结果不同，多条重建记录未能揭示自１９９４年至今的升温阶段，反映了古气 候载体对气候响应的复杂性，揭示出北极地区未来气候变化趋势存在不确定性．在全球变化备 受关注的背景下，北极地区对气候变化研究的重要性日益显现，在做出明确结论之前，需要进
一步加大研究力度． 关键词：温度；不确定性；气候变化；北极圈 中图分类号：Ｐ９５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－７１０５（２０１２）０１－００３４－０６
Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｏｆ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ Ａｒｃｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ２０ｔｈ Ｃｅｎｔｕｒｙ ＬＥＩ Ｇｕｏ．１ｉａｎｇ ，ＺＨＵ Ｙｕｎ ，ＬＩ Ｚｈｉ—ｚｈｏｎｇ ，ＬＩＵ Ｘｉｕ－ｍｉｎｇ ’ ， ，ＪＩＡＮＧ Ｘｉｕ—ｙａｎｇ ， ＣＨＥＮ Ｘｉｕ—ｌｉｎｇ ．ＪｌＮ Ｊｉａｎ—ｈｕｉ （１．ａ．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ．ｂ．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ，Ｆｕｊｉａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００７，Ｃｈｉｎａ； ２．ａ．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗｅｓｔ Ｃｈｉｎａ ｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ），ｂ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｒｉｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｈａｎｇｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ，Ｍａｃｑｕａｒｉｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｙｄｎｅｙ ＮＳＷ ２１０９，Ａｕｓｔｒａｌｉａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｏｎｅ ｃｏｌｄ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｒｔｈ，ｔｈｅ Ａｒｃｔｉｃ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｉｔｓ ｃｌｉｍａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ａｎｄ ｔｅｒｎ— ｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｃｏｒｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｓｔ ｔｗｏ ｔｈｏｕｓａｎｄ ｙｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ Ａｒｃｔｉｃ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ：１）Ｔｈｅ ｎｅａｒ—ｓｕｒｆａｃｅ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｏｍａｌｉｅｓ ｏｆ Ｇｒｅｅｎｌａｎｄ Ｉｎｌａｎｄ ｉｃｅ ｓｈｏｗ ａ ｌａｒｇｅｒ ｃｈａｎｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｔｈａｎ Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｈｅｍｉ— ｓｐｈｅｒｅ，ａｎｄ ｔｗｏ ｗａｌＴｎ ｐｅｒｉｏｄｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ １ ９２３－－１９６５ ａｎｄ １ ９９４－－ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ２０ｔｈ ｃｅｎｔｕｒｙ，ｃａｎ ｂｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ，ａｍｏｎｇ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｉｓ ｗａｒｍｅｒ；２）Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ Ａｒｃｔｉｃ ｗａｓ ｇｏｉｎｇ ｕｐ ｉｎ ｔｈｅ ２０ｔｈ ｃｅｎｔｕｒｙ，ｗｉｔｈ ｉｔｓ ａｖｅｒａｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｕｍｍｅｒ ａｎｄ ａｎｎｕａｌ ｓｈｏｗｉｎｇ ａ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ａｎｏｍａｌｙ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｆｏｕｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ；３）Ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａ－ ｔｉｖｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐａｌｅｏ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ Ａｒｃｔｉｃ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｗａｒｍｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ２０ｔｈ ｃｅｎｔｕｒｙ，
收稿日期：２０１２－０１－０５ 基金项目：福建省公益类科研院所专项基金资助项目（２０１１Ｒ１０３７－７）、福建省自然科学基金资助项目 （２０１１Ｊ０５１０６、２０１１Ｊ０５１０７）、国家自然科学基金资助项目（４１１０１１８９） 作者简介：雷国良（１９８１一），男，河北衡水人，讲师，博士，从事全球变化研究，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｌｅｉｇｕｏｌｉａｎｇ＠ｆｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 通讯作者：朱芸（１９８２一），女，江苏南京人，讲师，博士，从事全球变化研究，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｚｈｕｙｕｎ＠ｆｊｎｕ．ｅｄｕ．Ｃｆ１． 第ｌ期 雷国良等：北极地区２０世纪温度变化趋势的不确定性 ３５ ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｒｅｃｏｒｄｓ ｆａｉｌｅｄ ｔｏ ｒｅ－ ｖｅａｌ ａ ｗａｒｍｉｎｇ ｐｈａｓｅ ｆｒｏｍ １ ９９４ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｐａｌｅｏｃｌｉｍａｔｅ ｐｒｏｘｙ ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｌｌ ｔｈｅｓｅ ｆａｃｔｓ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｆｕｔｕｒｅ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｔｈｅ Ａｒｃｔｉｃ．Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｘｔ ｏｆ ｇｌｏｂａｌ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ，ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｅ Ａｒｃｔｉｃ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｍｕｃｈ ｍｏｒｅ ｗｏｒｋ ｍｕｓｔ ｂｅ ｄｏｎｅ ｆｏｒ ｇｅｔｔｉｎｇ ｄｅｆｉｎｉｔｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ；ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ；Ａｒｃｔｉｃ Ｃｉｒｃｌｅ
０ 引言 近年来全球酷暑、干旱、洪涝等极端气候事件频发，器测资料也显示自上世纪初以来的１００ ａ间全 球平均温度升高约０．７４ ｏＣ．政府间气候变化专门委员会（ＩＰＣＣ）自成立以来，分别于１９９０年、１９９５ 年、２００１年和２００７年编写了４次评估报告 ，指出人类自身排放的温室气体是导致全球气候变暖的主 要原因．这一系列评估报告产生了广泛和深刻影响，其结论代表了当前国际社会对气候变化认识的主流 观点，气候变化成为国际社会普遍关注的全球性问题．然而，对于ＩＰＣＣ公布的主要结论也存在着很多 质疑 ，指出未来气候的变化存在不确定性． 地球具有复杂的气候系统，南北极地区是地球的两大冷源，在全球大气环流和天气气候的形成及南 北两半球热量、动量和水分的交换中起重要调节作用，左右着全球的冷暖过程 Ｊ．古气候记录和模拟 结果显示，在冰期一间冰期等大尺度旋回下，极地等高纬地区的温度变化幅度明显大于低纬地区＿８ ， 揭示出极地地区对地球气候系统的变化更为敏感，极地的研究对揭示地球气候系统的组成与变化极为关 键Ｌ６川．中国处于北半球，北极是中国冷空气的主要来源地，来自北极的寒流常常给中国的工农业生产 和人民生活带来重大危害．在全球变暖的背景下，北极地区近年来发生了一系列变化，特别是海冰范围 缩小、厚度变薄，阿拉斯加３０ ａ来的观测表明温度每１０ ａ升高０．７℃，白令海西部每１０ ａ升高０．２５ ℃ ．北极地区古气候重建记录 也显示，２０世纪北极地区温度相对较高，升温明显．这一结果似乎 与ＩＰＣＣ非常一致，但是格陵兰冰盖表面温度记录显示最近２０ ａ虽然温度一直呈升高趋势，但是其温暖 程度仍未超过上世纪早期时段的温暖水平¨ ．最近也有研究指出１９９９－－２００８年的１０ ａ全球平均温度并 没有像ＩＰＣＣ（２００７）报告的那样上升０．２ ｏＣ，而是出现了１个１０ ａ温度平台（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｏｒ ｆｉａｔ）¨ ． 因此，目前及未来气候变化的趋势仍然存在很多不确定性 侣Ｊ．基于这一客观事实，本研究结合全球 温度变化数据系列和北极圈的占气候记录，总结与分析了极地地区未来气候变化的不确定性．
１研究区介绍 北极地区，通常指北极圈（６６。３３ Ｎ）以北地区，主要包括北冰洋、边缘陆地海岸带及岛屿．其中 北冰洋是全球纬度最高的大洋，中心地区常年被冰覆盖．边缘海主要包括巴伦支海（Ｂａｒｅｎｔｓ Ｓｅａ）、波 弗特海（Ｂｅａｕｆｏｒｔ Ｓｅａ）、楚科奇海（Ｃｈｕｋｃｈｉ Ｓｅａ）、东西伯利亚海（Ｅａｓｔ Ｓｉｂｅｒｉａｎ Ｓｅａ）、格陵兰海 （Ｇｒｅｅｎｌａｎｄ Ｓｅａ）、喀拉海（Ｋａｒａ Ｓｅａ）、拉普贴夫海（Ｌａｐｔｅｖ Ｓｅａ）和林肯海（Ｌｉｎｃｏｎ Ｓｅａ）．北极地区的 总面积是２ １００万ｋｍ ，其中陆地部分占８００万ｋｍ ．区内的格陵兰岛既是地球上最大的岛屿，也是大 部分面积（约８４％）被冰雪覆盖的岛屿．格陵兰岛冰盖的面积达１８０万ｋｍ ，其冰层平均厚度达到 ２ ３００ ｍ，冰雪总量为３００万ｋｍ ． 北极地区作为全球最大的冷源之一，对全球大气环流、热量、动量和水分的交换起着重要作 用＿ｏ ．随着上世纪北极地区科学考察的开展与研究的深入，不仅积累掌握了大量极地地区宝贵的资 料，同时也揭示了极地地区对 于气候变化的敏感性和影响作用 １９－２１１．近半个世纪以来，尤其是格陵兰 冰芯记录关于末次冰期和末次问冰期均存在快速气候变化 的证据已成为古气候变化研究的经典， 对深刻认识地球环境变迁具有划时代意义．在气候变暖的背景下，为了了解整个地球系统之间的相互作 用，并预测１０～１００ ａ时间尺度的全球变化，北极地区无疑是解决这一问题的关键研究区域之一，美国
