主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？14 气温 -- 橡树村
可能超出了普通人的想象，在陆地上，常年被冰雪覆盖的地方，面积达到了10%，当然，绝大多数都位于南极和格陵兰。另外在海洋，冰还覆盖7%的洋面。在北半球冬季，冰雪覆盖的面积可以达到陆地表面积的49%。冰和雪在气候模型里面也非常重要，一方面冰雪的多少与气温和降水量有直接关系，另一方面冰雪本身对于太阳辐射有很高的反照率。实际上地表对太阳辐射的反照，有90%就是冰雪贡献的。另外一个需要提的是冻土。冻土的面积比积雪范围更广，而冻土的存在可以改变地表与大气之间能量和湿度的交换，也是气候过程中的一个重要因素。所以这些积雪、河流和湖泊的结冰、冰川、冰盖、冰架、冰原、冻土等等，就被归结到了一起研究，称为冰雪圈。陆地上的冰雪圈储存了全世界75%的淡水资源，很多地方的灌溉都依赖冰雪圈消融所提供的淡水资源，对于其他地区的影响巨大。此外，格陵兰和南极的冰原储存的淡水，如果完全进入海洋，有能力把海平面提高7米和57米，所以这两个庞然大物的变化也会对海洋产生巨大影响。
冰雪圈示意图
人们对积雪的观测非常早，在一些国家19世纪就开始了，当然代表性系统性都很不足。1950年开始，北美和欧洲开始观测山区的积雪深度并计算雪水当量，就是这些积雪相当于多少水。积雪也是人类使用卫星对环境观察得到的最早信息之一，从1966年开始，人们就可以通过比照卫星照片对积雪覆盖的面积进行观测，由专门的研究人员进行分析。这里面也有了数据库。不过这都是对北半球的观测，对南半球的观测从2000年才开始。卫星照片只能分析覆盖面积，不能测量积雪深度以及雪水当量，并且受云的影响很大，夜晚也无法测量，所以从1978年开始，研究者使用微波技术通过卫星来对积雪进行测量，微波可以穿透云雾，不在乎日光，不过这方面不同的技术和处理方法带来的差距还是有一些的，与卫星照片分析来比较，不同的技术使用的具体情况有所差异，这方面的技术也在进步中。北半球1996-2004年的积雪面积是平均2390万平方公里，不包括格陵兰。分季节来考虑的话，不同年份间秋季积雪面积的变化绝对值最大，夏季积雪面积变化的相对比例最大，冬季的积雪面积反而相对稳定。在10月份，积雪面积的标准偏差可以达到270万平方公里。基本上可以说，从1920年代开始，至少从1970年代开始，北半球春夏两季的积雪面积在减少，在冬季这个趋势并不明显。下图是北半球三四月份的积雪统计情况，可以看到从1922年到2005年，有大约7.5+-3.5%的积雪面积减少，相应的面积是270+-150万平方公里。积雪显然与温度变化和降水量有明显关系，特别是温度，决定降水是雨还是雪，决定什么时候积雪融化。这方面，有人研究了北纬40-60度之间的气温和积雪情况，发现在春季两者之间有很明显的关系。
北半球三四月份积雪面积变化情况
具体一些，在北美，从1915年到2004年冬季积雪在上升，不过在20世纪后半期能观察到明显的下降，主要也是发生在春季，特别是北美西部海拔较低较暖的山地积雪下降明显，从1960年代开始，阿拉斯加的积雪消融已经提前了8天。欧亚大陆的变化要复杂一些，阿尔卑斯山瑞士地区低海拔地区的积雪减少比较明显，其他个别地区也有积雪增加。欧洲中部地区，雪期差不多每年缩短1天。一些地方发现了雪期缩短但是积雪深度增加，比如芬兰，1970年代开始的青藏高原，1936-1995年间的前苏联；有研究说中国西部自1957年以来积雪和深度都没有明显变化。南半球在南极之外的冰雪覆盖面积很小，资料也匮乏，使用一些代用资料进行补充，一般发现在过去40年里面可能没有变化，或者略有减少，比如澳大利亚东南部山地积雪厚底在降低，安第斯山区积雪变化还不清楚，一些其他资料显示有可能雪线已经开始上升。
北半球三四月份积雪分布比较，1967-1987年平均对比1988-2004年平均，数字为百分比
冻土层的变化就明显多了。从1980年代以来，多年冻土层顶部温度已经上升了3摄氏度，在加拿大北冰洋地区、西伯利亚、青藏高原和欧洲都有不同程度的冻土层变暖。多年冻土层的底部开始融化，速度也不等，在阿拉斯加速度在每年0.04米，青藏高原大约在每年0.02米。多年冻土条件的变化影响范围很广，会影响江河径流、供水、碳交换和景观的稳定性，对于建立在冻土上的基础设施也会造成损害。在20世纪后半期，观察到了北半球季节性冻土覆盖的最大面积减少是7%，春季减少达到15%，欧亚地区的最大深度减少了0.3米，1956年至1990年，北冰洋俄罗斯地区季节性融化最大深度增加了0.2米。
俄罗斯1956至1990年冻土层的变化情况
上图为211个监测站的分布，中图为活跃层的厚度变化趋势，下图为季节冻土层厚度变化趋势
人类很早就注意到了河流和冰面的封冻情况，这方面的历史资料不少，不过处理起来也需要注意，因为这些观察往往不全面，定义也不完全一致，受其他因素影响也大，不过怎么说这也是人类关于冰雪圈时间最久的记载。冰封面积的历史纪录很长，平均起来，在过去的150年里面北半球河冰和湖冰的总体趋势是封冻期推迟，平均速度达到了每百年5.8+-1.9天，与此同时，解冻期也在提前，速度是每百年6.5+-1.4天，也就是说每百年河面湖面的冰冻期减少了差不多10天。不过这个观测的空间变率很大，也不是所有地区都有这个规律，在一些地方，相反的趋势也是存在的。
北部一些湖面的冰封和消融时间
海冰的记载就没有河冰湖冰这么方便了，因为人们在陆地上观测到的海洋实在有限。19世纪海洋通航频繁之后，北大西洋的海冰记载开始出现，资料也比较丰富。南半球的资料匮乏，不过也有例外，在接近南极半岛的南澳柯内South Orkney群岛从1903年开始就有海冰的记载。对全球海冰情况的监测还是要等到卫星时代。这项工作从1970年代早期开始，使用不同的微波技术进行测量。卫星测量总是有怎么处理数据的问题，影响了测量精度，不过目前基本上卫星测量海冰面积的误差在5%左右，在融化季节误差要大一些。可靠的卫星数据是从1978年开始的，从1978年到2005年，北冰洋年平均海冰面积以每十年2.7+-0.6%的速度在缩小，夏季的最小海冰面积缩小速度最快，达到了每十年7.4+-2.4%，其他辅助资料表明北冰洋夏季的海冰面积下降从1970年代初期就开始了。南极洲周围海冰的年际变率要大一些，趋势也不同。这里提醒一下海冰的增加消失对于海平面的变化没有直接关系，直接产生影响的是消融或者封冻的淡水会影响海水的盐度。目前还没有卫星技术可以来测量海冰的厚度，目前测量海冰厚度只能通过人工取样，以及冰面下的声纳测量。声纳测量从1958年就开始了，一般都是军用潜艇进行的，数据保密，不过美国和英国也公开了一些历史数据。1993年开始有了专门用于科学观测的潜艇。但是总的来说很少有长时间的观测资料。其它也有一些技术在开发，但是目前这还是难点。对于现有数据的初步分析，大约北冰洋海冰厚度从1980年代开始减少了1米，主要发生在1980和1990年代，这一点与北冰洋夏季海冰减少的趋势一致，不过，目前的数据还没有达到能就海冰厚度问题下结论的程度。
北半球（上）和南半球（下）年平均海平面积异常
北冰洋消失速度为每年3.3+-0.7万平方公里，相当于每十年2.7%，南大洋海冰增加速度为每年0.6+-1.0万平方公里
北半球夏季最小海冰面极的变化趋势，平均每年消失6+-2万平方公里，注意虽然长期趋势明显，但是年际变化也很明显
在南极和格陵兰之外的冰川、冰盖的总面积在51.2到54.6万平方公里之间，体积为5.1到13.3万立方公里，相当于海平面0.15到0.37米。这些冰川、冰盖的变化，受气候影响非常大。在中高纬度，冰面的积累消融更多取决于大气温度，冬季冰冻，夏季消融；在喜马拉雅山脉，冰盖的累积和消融都是在夏季进行的。对于冰川变化的观察也有很悠久的纪录，最早的可以上溯到17世纪，下图列出了从18世纪以来169个冰川舌长度的变化情况，长期趋势还是很明显的。对于这些冰川和冰帽的物质损失的估算，是从1996年到2003年之间，每年0.5+-0.18毫米海平面当量，这里面，从1991年到2003年之间，损失速度达到了每年0.77+-0.22毫米。不过总是有例外的，并不是所有的冰川冰盖都在消融，小的冰川冰盖受局部气候的影响很大，即使是一些冰川整体趋势在消融的地区，一些年份受到气候影响而增长也是经常观察到的。冰川冰盖虽然可能是气候变暖的最直观的证据，但是毕竟影响冰川冰盖的不仅仅是气温，降水量的影响对于一些冰川的影响也是非常大的。
169个冰川的冰川舌长度变化趋势
一些热带冰川大小相对1900年的变化
最后讲格陵兰和南极。格陵兰和南极都存在冰架，就是和大陆上的冰连接在一起，但是实际上位于海面上的那部分冰。这些冰并不是漂浮在海面上的，所以这些冰融化是可以对海平面高度造成影响的。已经观察到了在格陵兰岛、南极半岛和南极西部部分地区沿海地区冰架变薄或者丧失，这个过程与附近冰川和冰溪的运动有关，此外也受到海洋温度和大气温度的影响。不过还没有准确模型来进行模拟。关于格陵兰和南极的冰盖的观察也比较复杂，不同的技术工具，测量的有限性都导致了不同研究者之间的不小差异。观测到了冰川在加速将冰从内部排出，但是对于冰的积累数据还有很大争议。目前的估计是从1993年到2003年之间格陵兰冰盖的物质平衡为每年消失500到1000亿吨，造成全球海平面每年上升0.14到0.28毫米，但是对于更早期的数据，比如1961到2003年间，这个数据可能是每年扩大250亿吨到消失600亿吨之间，导致全球海平面每年下降0.07毫米至上升0.17毫米。对南极的估计，从1961年到2003年之间，质量平衡是每年扩大1000亿吨到缩小2000亿吨之间，相当于全球海平面下降-0.27到+056毫米，而1993年到2003年测量的结果，是每年扩大500亿吨到缩小2000亿吨之间，相当于全球海平面下降-0.14毫米到+0.55毫米。结论呢，只能说格陵兰冰盖的1993至2003年间地退缩是可能的，但是冰盖在更长的时间跨度上的变化还没有令人信服的结果。
格陵兰冰盖的高度变化
南极大陆冰盖的高度变化
对格陵兰（上）和南极（下）冰川变化的不同估计
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😁至少是有点影响的,竟然给我找出来个有影响的.... 1 月色溶溶 字0 2010-02-01 23:22:56
🙂村长实在是太厉害了 1 花大熊 字30 2010-02-01 08:48:09
🙂这个系列，写完了真应该出书 1 洗心 字97 2010-01-29 09:58:48
🙂【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？17 冰雪圈
😥很有一些超出想象: 1 月色溶溶 字154 2010-01-29 05:15:27
🙂【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？16 降水 27 橡树村 字8422 2010-01-28 02:42:17
🙂俺抢村长沙发 1 bigsk 字0 2010-01-28 03:55:13
🙂温度应该是个在全球暖化中最先讨论的问题 3 PBS 字395 2010-01-27 09:29:05