AMAP评估报告解读：北极气候变化及其影响的新认识

罗 犀， 张玉兰， 康世昌， 陈金雷

（1. 中国科学院 西北生态环境资源研究院 冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃 兰州 730000；2. 中国科学院大学 资源与环境学院，北京 100049）

0 引言

气候变化是当前北极地区面临的一个重要问题，北极冰冻圈（冰川、冰盖、积雪、海冰、多年冻土等）和极端事件（极端降水、极端热事件、极端冷事件、极端野火等）的变化正在深刻改变北极气候与环境［1-4］。为系统监测和评估北极地区气候变化和环境污染现状，为北极发展和政策制定提供科学支撑，1991年环北极8国（美国、加拿大、俄罗斯、挪威、瑞典、丹麦、芬兰和冰岛）达成环境保护战略协议（Arctic Environmental Protection Strategy， AEPS），启动北极环境监测与评估计划（Arctic Monitoring and Assessment Programme， AMAP）。1996 年北极8国基于AEPS成立北极理事会，AMAP成为北极理事会下属工作组。2017 年，AMAP 发布了《北极雪、水、冰和多年冻土》（SWIPA 2017）［1］评估报告，指出温室气体浓度上升正在推动极为敏感的北极气候、环境和生态系统发生广泛而快速的变化。自2011年以来，海冰、陆地冰（主要为冰川和冰盖）、积雪范围和积雪期均呈显著下降趋势，多年冻土持续升温，北极正在被一个更温暖、湿润、多变的环境取代。2019 年，AMAP 发布《北极气候变化新进展2019》（AMAP 2019）［2］决策者摘要，在北极气候变化趋势、海冰、陆地冰与海平面上升、北极生态系统和社会经济影响等方面更新了SWIPA 2017 的认识。2021 年，AMAP 最新发布的《北极气候变化新进展2021：关键趋势和影响》（AMAP 2021）［3］科学报告指出：北极气候和环境要素继续快速变化，正在深刻改变北极生态系统和北极社区。由温室气体排放引起的气候变暖已被列为全球性环境问题之首，“北极放大效应”使得北极成为全球地表气温增暖最剧烈的地区之一，北极也因此更易受气候变化的影响［5-8］。本文基于AMAP气候变化评估报告，对北极气候和冰冻圈要素变化特征、北极极端事件变化特征、北极区域生态系统和社会经济发展影响的新进展予以解读。

1 北极气候和冰冻圈要素变化特征

1.1 气温

SWIPA 2017 报告表明，在过去几十年（1961—2014 年），北极近地表气温增幅约为全球同期平均的2 倍。AMAP 2019 指出，北极地区继续以全球2倍的速度变暖；1971—2017 年，北极地表年平均气温增加2.7 ℃，是北半球气温增幅的2.4 倍，其中冷季（10 月—次年5 月）增温3.1 ℃，暖季（6—9 月）增温1.8 ℃；北冰洋大部分海域的海水表层温度也在上升，1982—2017年，楚科奇海8月海水表层温度以0.7 ℃·（10a）-1的趋势上升。AMAP 2021 进一步揭示北极快速增温的事实：1971—2019 年北极年平均近地表气温增加了3.1 ℃，是全球增幅的3 倍，其中冷季（10 月—次年5 月）北冰洋上空增温4.6 ℃。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）2021 年北极年度报告指出，2020 年10 月—2021 年9 月北极（＞60° N）平均陆地表面气温比1981—2010 年上升1.1 ℃［9］。北极近地表气温在亚欧大陆和阿拉斯加北部边缘明显大于加拿大北极群岛，海洋升温快于陆地，其中新地岛北部海洋和斯瓦尔巴群岛北部海洋最为显著，峰值（10.6 ℃）出现在巴伦支海东北部上空［图1（a）］。北极近地表气温上升趋势与全球一致，变化幅度明显大于全球［图1（b）］。政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）同样指出，北极将继续以全球2倍的速度变暖（高信度）（IPCC 评估报告AR6 采用“很低、低、中等、高和很高”对研究结论信度进行评估），模式预估北极最高增温趋势可达全球的3倍（高信度）［10］。北极增温趋势在短时间内不会改变。

图1 北极地区近地表年均温度变化趋势：1971—2019年北极气温变化空间分布［3］（a）；相对于1981—2010年平均气温，北极（＞60° N）和全球气温距平的时间变化［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

根据最新观测和模拟数据，AMAP 2021发现北极年降水量在1971—2019 年增加超过9%，降水增加趋势为1.5%·（10a）-1～2.0%·（10a）-1，这与SWIPA 2017 报告中加拿大北极陆地（＞55° N）1950—2010年降水增加趋势［1.5%·（10a）-1］相当。AMAP 2021进一步指出北极冷季（10月—次年5月）降水增加最多，其中降雨量增加24%，增加趋势为4.9%·（10a）-1，这明显高于SWIPA 2017 报道的整个北极地区1936—2009 年冷季（10 月—次年5 月）降水增加趋势［3.6 mm·（10a）-1，1.5%·（10a）-1］。2021 年8 月，格陵兰岛最高海拔处首次观测到持续的降雨［9］。降水增加归因为海冰消退导致的蒸发增加带来更多的降水，以及较低纬度水汽带来的降水（图2）。水汽增多也使得大气吸收更多的地表长波辐射而增温，形成气候变暖的正反馈。另一方面，降水和陆地冰融水的增加，降低了北冰洋表层海水的盐度，经大洋环流输送，影响大西洋经向翻转环流（图2）。AMAP 2021 指出，1971—2019 年北极8 条最大河流（叶尼塞河、勒拿河、鄂毕河、麦肯齐河、育空河、伯朝拉河、科累马河和北德维纳河）径流量增加了7.8%。2020 年北极8 条最大河流流量比1981—2010 年的平均值增加约12%，北冰洋上层淡水体积比1980—2000 年平均值增加了8 000 km³，增幅为11%，增量等于亚马孙河和恒河年流量之和［1，9］。降水冲刷带来的营养物质和有机碳，随北极河流注入北冰洋，进一步影响海洋生产力，同时，径流条件制约和影响着冬季运输、基础设施、资源获取、冻土碳释放和生态系统动态变化。

图2 北极内部以及北极和较低纬度地区的海陆水分交换［1，11］（蓝色箭头表示未来北极水分交换的变化，箭头大小粗略地表示变化幅度，红色文本和箭头表示相关的气候后果）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 积雪

对北极积雪的监测包括积雪期、积雪范围、雪深和雪水当量（snow water equivalent， SWE）等。SWIPA 2017 综合分析了多个数据集（站点监测资料、卫星数据、再分析资料），指出过去几十年（1970s—2014 年）北极积雪期以2～4 d·（10a）-1的趋势减少（表1），春季积雪提前消融，秋季积雪时间推迟。俄罗斯、阿拉斯加和加拿大高纬度北极地区的地表监测站观测结果显示，积雪开始时间推后趋势约为2 d·（10a）-1。积雪存在较大的空间异质性，被动微波卫星数据显示，1979—2012 年俄罗斯中部和西部积雪开始消融时间提前了1～2 周，而北美几乎没有变化。1979—2016 年，北极6 月积雪范围的减少趋势为17.8%·（10a）-1，大于同期9 月海冰范围减少趋势［13.4%·（10a）-1］。北极雪深和SWE 总体呈下降趋势，相比积雪期具有更大的空间异质性。SWEmax相应趋势表明，1966—2014年SWE在欧洲平原东北段和西伯利亚西南部区域显著增加［3%·（10a）-1］，然而在100° E以西的俄罗斯泰加林地区显著降低［1］。

表1 不同数据集北极积雪期趋势变化Table 1 Summary of trends in Arctic snow cover duration for datasets

AMAP 2021 报告指出，2019 年5—6 月，北极陆地积雪范围比1971 年下降了21%，亚欧大陆的降幅（25%）高于北美（17%）。2021 年，亚欧大陆北极积雪范围为1967 年以来6 月最低记录的第三位，另外两次分别出现在2012 年和2020 年［9］。20 世纪90 年代以来，北冰洋西部海冰上覆积雪深度下降超过33%［3］。

1.4 海冰

AMAP 2021 指出，除白令海以外，北极海冰范围和海冰面积在所有月份均呈下降趋势。1979—2018 年，北极9 月海冰范围减少43%；同期，海冰体积减少75%［2］。1979—2013 年，北极海冰持续时间减少趋势为10～20 d·（10a）-1［1］。1975—2012 年，北冰洋中部海冰厚度减薄65%［1］。最新观测数据显示，2021 年4 月为2010 年以来最小的冬季末海冰体积［9］。IPCC AR6也指出，2011—2020年北极海冰面积是1850年以来的最小水平（高信度）［10］。总体上，北极多年海冰正在被季节性海冰取代，开阔海域面积增加。海冰减少主要归因于大气变暖、大气环流和低纬度海洋热量输送，并通过反照率-气候正反馈机制进一步加速海冰消融。例如，在80° N 以北，海冰表面融池形成时间提前，使得海冰对太阳辐射的吸收增多，而多年冰的融池比一年冰的形成的时间更早，进一步加速海冰厚度减薄［14-15］。

海冰形成的时间强烈影响着春季海冰微生物和藻类的丰度和组成。海冰消融引起海洋藻华发生的时间和强度改变，在海冰消融最严重的地区，年内出现两次藻华（春季和秋季）的现象增加，对整个生态系统食物链产生影响。SWIPA 2017 指出，在1998—2000 年和2007—2012 年，年内两次藻华现象在整个北极地区发生率增加了两倍，贝类和海洋哺乳动物体内均有检测到海藻产生的有毒物质［1］。AMAP 2019 对海冰与生物量关系做出阐述：2018 年白令海地区初级生产力比正常水平高出500%，这是对2017—2018 年海冰范围处于低位的响应［2］。AMAP 2021 指出海冰减少对北极的鳕鱼、鲸鱼、海豹和北极熊等物种产生直接影响：海冰消融导致的生物量增加和北极海域增温使得北大西洋鱼类向北扩张，同时，在俄罗斯西北部，秋冬两季的雨雪天气变得更加频繁和强烈，这一趋势与巴伦支海和喀拉海海冰减少有关［3］。

北极海冰变化所产生的影响远远超出海冰生态系统，1979—2018 年，最小和最大的海冰面积分别以10.5%·（10a）-1和2.6%·（10a）-1的趋势减少，开阔海域夏季对太阳辐射的吸收增加，减缓了秋冬季节北极海冰的结冰速度，北极海冰的这种反照率-气候的正反馈机制使得全球变暖效应在北极放大［16-17］。同时，因为北极海冰对气候变化具有高度敏感性，它是气候变化重要的指示器和记忆器，而且海冰减少对中纬度地区极端天气气候事件的影响机制是备受关注的焦点问题。

1.5 陆地冰

目前，北极陆地冰因大气增温和海洋变暖而快速萎缩。陆地冰面积不断减少、厚度持续减薄，整个北极的冰川和冰盖正在快速退缩。SWIPA 2017 指出，至少从1972 年开始，北极陆地冰消融就是全球海平面上升的主要来源，其中2004—2010年，北极陆地冰融化对海平面上升的贡献超过1/3，而其中格陵兰冰盖占北极贡献的70%［1］。1992—2017 年，北极陆地冰为海平面上升贡献（21.8±11.2） mm，占全球海平面上升的31%［18］；一个多世纪以来（1850—2000 年），北极贡献全球海平面上升的48%（10 cm）。

AMAP 2021 进一步厘清了1971—2019 年北极各个区域陆地冰消融变化，结果显示北极所有区域陆地冰消融正在加速，格陵兰冰盖具有最大的消融量（图3）。2011—2014 年，格陵兰冰盖物质损失速度为375 Gt·a-1，是2003—2008 年物质损失速度的2 倍；2019 年，格陵兰冰盖消融量占北极陆地冰总消融量的51%。Box 等的研究显示［18］，1971—2017年北极陆地冰为全球海平面上升贡献为（23±12.36） mm，其中格陵兰冰盖贡献占46.1%［（10.6±7.3） mm］，阿拉斯加占24.8%［（5.7±2.2） mm］，加拿大北极占13.9%［（3.2±0.7） mm］，俄罗斯北极占6.5%［（1.5±0.4 mm）］。

图3 1971—2019年北极陆地冰物质平衡变化［3］Fig. 3 Temporal variations of Arctic land ice mass balance changes during 1971—2019［3］

1.6 河冰、湖冰

河冰、湖冰影响局部蒸发以及地球化学组分和能量的迁移，它不仅会隔绝水-气间的直接热量交换，还会增大河湖表面反照率，是影响气候变化的关键因素，因而河、湖冰变化趋势可以在一定程度上反映北极气候变化特征［19］。以阿拉斯加为例，Arp 等［20］的研究发现，在北极变暖背景下，湖冰触底冰完全消融日比浮冰提前17天，这使得触底冰区蒸发大于浮冰区。在冬季，北极河、湖冰峰值体积约为1 600 km³，这大致相当于北半球陆地积雪的体积，面积与格陵兰冰盖相似［21］。AMAP 2021根据俄罗斯、加拿大和阿拉斯加的数据指出，大多数北极地区的河冰厚度正在减薄，削弱了春季因凌汛引发洪水的风险，同时，北极湖冰从多年冻结类型向季节冻结类型转变，河、湖冰厚度减薄威胁着北极内陆依靠冰体建立的道路，限制通往偏远居民点的途径。1974—2004 年，北极湖冰存在期缩短趋势为4.3 d·（10a）-1，初冰日推迟趋势为1.6 d·（10a）-1，消融日提前趋势为1.9 d·（10a）-1，河冰变化趋势与之类似，其中加拿大北极地区1985—2004年湖冰初冰日推迟趋势为7.6 d·（10a）-1，消融日提前趋势为9.9 d·（10a）-1，而瑞典1961—1990 年间，湖冰消融日提前趋势为2.5 d·（10a）-1，虽然消融速率存在差别，但湖冰存在期缩短的事实在北极广泛存在［1，22-23］。

1.7 多年冻土

从1970s 开始，依托北极连续多年冻土区和不连续多年冻土区的监测站点开始对多年冻土进行连续监测，系统获得了地下温度和活动层厚度等数据［1］。第四次国际极地年（2007—2009 年）期间，在北极加拿大、阿拉斯加、俄罗斯和北欧依托监测站钻取575 个冻土钻孔，SWIPA 2017 中多年冻土温度变化就以此为基准。发现截至2015年，北极高纬度寒冷地区多年冻土温度比2007—2009 年间升高超过0.5 ℃，在较温暖的加拿大马根些南部和中部、阿拉斯加内陆地区、西伯利亚和北欧的不连续多年冻土区，增温小于0.2 ℃，其中一些地区温度略微下降［1］。监测站记录地表以上10～20 m 的气温中，北极高纬度寒冷多年冻土区增幅（＞0.5 ℃）也最大［1］。

AMAP 2021在SWIPA 2017监测基础上将时间尺度延长（1971—2019 年），指出北极多年冻土增温2～3 ℃，过去20 年（2000—2019 年）增温速度为1979年以来最快。监测数据显示，从1990s 开始多年冻土活动层在许多站点加深，整个北极多年冻土都在消融。多年冻土消融形成的热融湖塘无氧环境将封存的土壤碳释放到大气中（CO2、CH4），或者转移到水体中（溶解性有机碳、颗粒有机碳），因多年冻土退化而裸露在有氧环境中的土壤碳，会快速排放到大气中（CO2），释放的温室气体会加剧气候变暖，形成正反馈效应［1，24，25］。北极多年冻土区土壤有机碳含量约为1 460～1 600 Pg C，是目前大气碳库含量的两倍多［26］。多年冻土有机碳的10%主要以CO2和CH4的形式释放，其数量级与土地利用转变的排放相当［27］。

2 北极极端事件变化特征

AMAP 2021明确指出，北极极端气候事件正在增加。极端降水、极端温度和极端野火已经对北极社区产生重大社会经济影响，短期预估显示，极端事件发生频率和强度还会增加。IPCC AR6 指出自1950s 以来，在观测资料足以进行趋势分析的大部分陆地区域，极端降水事件的频率和强度都有所增加（高信度），自1980s 以来，南北半球的中纬度风暴路径都可能向极地方向移动［10］（IPCC评估报告AR6采用“几乎确定表示发生的概率为99%～100%；极有可能表示95%～100%；很可能表示90%～100%；可能表示66%～100%；极不可能表示0～5%；几乎不可能0～1%”对研究结论可行性进行评估）。在斯瓦尔巴群岛极端降雪和极端降雨引发雪崩、泥石流和山体滑坡。在北极的一些地区，雨雪天气和冻雨事件发生频率增加，目前超过85%的阿拉斯加土著村庄正在遭受洪水和海岸侵蚀，因救援行动有限，洪水对偏远居民点构成重大风险［3］。

从2000 年开始，持续15 天的冷期（Cold Spells）（AMAP 2021 中冷期定义为“至少连续六天的日最低气温，低于1980—2010 年5 天日最低气温均值的10%”）几乎从北极消失，极端冷事件的频率正在降低，极端热事件频率正在升高。1979—2013 年，尽管在西伯利亚的一些地区极端冷事件有所增加，但整个北极的极端冷事件显著减少。

在阿拉斯加和西伯利亚，野火发生频率已经增加［3］。AMAP 2021 报告指出，北极森林野火烧毁面积大于中纬度地区，是大气中黑碳和颗粒物巨大且不断增加的源；自1950 年以来，阿拉斯加发生极端野火的频率一直在增加，1950—1999 年的50 年间，年野火面积超过1×106英亩（404 686 hm²）的年份为13 年，频率为26%，而2000—2019 年的20 年发生8次，频率为40%（图4）。在阿拉斯加内陆的针叶林，Kelly等［28］用古生态学重建野火历史表明，现代野火强度和频率高于过去10 000 年里任何时间。西伯利亚的记录也显示，1996—2015 年，极端野火的频率有所增加，而由于林业经济的重要性，在受到重点监测的地区（如芬诺斯坎底亚），野火并不频发［3］。

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

野火具有两个方面的气候效应：野火产生的黑碳沉降在北极冰冻圈表面，增强对太阳辐射的吸收，从而加速北极冰冻圈消融；同时，野火产生的散射型气溶胶，具有负反馈效应［29-31］。此外，野火还显著加速冻土退化和植被演替的速度，将多年冻土土壤碳转移到大气中［1］。温度和降水的增加与闪电引燃的野火增加有关，虽然更长、更温暖的夏季预计会增加野火发生的频率，但北极年平均降水量增加，连续干旱天数减少会抑制野火发生，未来野火发生频率和强度趋势尚不清楚。野火的关键科学问题是确定野火在何时何地增加，对生态系统碳库的具体影响及其气候效应。

3 北极气候变化与生态系统

3.1 北极海洋生态系统的变化和影响

海冰生物群落是北极海洋生态系统的重要组成部分，海冰范围和面积减小、结冰期缩短和厚度减薄，正在影响海洋生物多样性，改变北极物种的分布范围，导致海洋哺乳动物的饮食结构变化，改变捕食者-猎物的栖息地和迁移模式，在北冰洋初级生产中扮演重要角色［3］。河流流量增加使得北极海岸线附近营养物质的输送相应增加（图5），由于极夜末期相对充足的营养条件，冰底海藻在春季快速生长，这是与海冰相关食物网的主要食物源，主导整个食物网的生物量，大部分生物量输送到远洋和底栖食物网。SWIPA 2017 指出，1998—2012 年北极远洋初级生产力增加了30%。

图5 全球变暖引发的北极主要变化示意图［1］Fig. 5 Schematic representation of major observed changes in the Arctic caused by global warming［1］

北冰洋升温和淡水增多直接和间接地影响海洋物种的生命周期，导致海洋生态系统范围、季节性发生变化。来自太平洋和大西洋的温暖海水进入北冰洋，使构成海洋食物网基础的北极浮游生物群落发生变化，各种无脊椎动物、鱼类和海洋哺乳动物的分布和数量也在发生变化，在楚科奇海和波弗特海共发现20 个新物种和59 个物种分布范围改变，同时，大气中CO2浓度上升引起的海水酸化影响包括粉红色鲑鱼、比目鱼和鲱鱼等在内的海洋鱼类［2］。

研究北冰洋生产力需要更好地了解结冰海域和无冰海域的生产力变化、营养物质的循环以及初级生产者对不断变化的环境的适应能力。虽然北冰洋海水表层温度升高对表层和次表层初级生产者的影响仍不明确，但初步研究表明北极浮游植物可能能够适应更高的温度［3］。

3.2 北极陆地生态系统的变化和影响

北极陆地生态系统正受到气温升高、降水增加、积雪变化以及野火发生频率和强度变化的影响（图5）。气温升高正在影响北极陆地景观，包括灌木向苔原扩张，虫害的脆弱性增加和极端野火增多。夏季升温导致主要植物开花时间更早更短，影响了传粉者和以它们为食的物种，同时，苔原生态系统的CH4排放量随着温度的升高而增加［1］。北极气候变化正在影响一些动物的分布和数量特征，在俄罗斯西北部和斯瓦尔巴群岛，秋冬两季的雨雪天气变得更加频繁和强烈，导致苔原被冰覆盖，使得驯鹿群大规模缺乏食物，从本世纪初开始，北极地区驯鹿数量下降近50%［2］。

SWIPA 2017 根据卫星影像指出，在过去30 多年（1982—2015 年）许多苔原地区变得更绿，这反映北极植被覆盖率和生产力增加，但从本世纪初开始，北极大部分地区，特别是亚欧大陆部分地区植被转变为褐色，表明植物覆盖和生产力开始下降［1］。AMAP 2021 基于最新的观测数据（1982—2019 年）得出结论：因为更长、更温暖的夏季，北极苔原绿化面积总体上增加10%，然而，由于虫害爆发、多年冻土退化、热融湖塘增多、降水的空间异质性和极端事件频发，包括加拿大北极群岛、阿拉斯加西南部和西伯利亚西北部部分地区植被开始褐变。北极植被在地-气系统的能量和碳交换中发挥着重要作用，苔原排放的温室气体增加会导致气候变暖正反馈，但灌木北扩会增加碳吸收，抵消部分影响。

在北极气候变化对生态系统影响的研究中，对极端高温、海冰迅速消失、格陵兰冰盖大范围消融以及北极其他极端事件的评估中，很少探索它们对生态系统临界点的影响。北极生态系统的临界点，需要更严格的评估，如海水酸化达到一定临界值，有壳类底栖生物无法形成贝壳。

4 北极气候变化对区域社会经济发展的影响

北极居住着大约4×106人，74%以上的北极人口集中在大型居民点（人口超过5 000），但大型居民点数量较少，90%以上的北极居民点规模较小（人口不足5 000）。66%以上的北极居民点位于多年冻土区，且46%的多年冻土区居民点位于沿海，多年冻土区和沿海是受北极气候变化影响最大的地区［3］。北极气候变化正在破坏当地基础设施，影响北极居民生计及生命财产安全，特别是土著居民以采集为主的粮食安全，目前迫切需要在整个北极地区进行大规模的灾害鉴定和评估。同时，商业捕鱼、水产养殖、邮轮旅游向北极地区扩张和开辟北极新航线，为当地经济增长带来新动力。

4.1 致灾影响

气候变暖已经影响依靠雪、冰和多年冻土建立运输的地区。一些俄罗斯高纬度居民点，在冬天只能通过冰道进入，预计未来这类偏远居民点会减少。在加拿大和俄罗斯一些偏远居民点，多年冻土退化和局部降雨增加已经影响道路基础设施和全地形车的行驶，格陵兰岛西北部的猎人表示，可以在海冰上乘坐狗拉雪橇的时间已经从5个月减少到3个月［3］。

气温、降水、海冰和苔原生产力变化正在影响鲸鱼、海象、海鸟、海豹和驯鹿等北极传统食物的供应。两次藻华加速有毒物质通过食物链在海洋动物体内富集，对粮食安全和人类健康构成威胁，加拿大和俄罗斯的土著猎人和渔民表示，野生动物的健康状况正在下降。由于多年冻土消融和气温升高，储存在冰窖中的食物更易变质，而且冻土消融时释放出的汞等污染物，进入水生生态系统后，对饮用水安全构成风险。

在北极许多地区，建筑物、道路和其他基础设施正因多年冻土融化而受到破坏。与1970s 相比，俄罗斯北极地区的多年冻土对建筑物的支撑作用已经减弱，在俄罗斯最北端的佩韦克，50%的建筑因多年冻土消融而被破坏，泰梅尔半岛大部分居民点的基础设施也受到影响。同时，北极也是地球上侵蚀率最高的地区之一，长期增温和极端天气的综合影响正在加速海岸侵蚀。

4.2 致利影响

1970s 末开始，北冰洋大部分海域，无冰期已经延长1～3 个月，无冰期延长能增加北极航道的航运价值。AMAP 2021统计结果显示，前往北极高纬度地区的邮轮游客数量从2008 年的67 752 人增至2017 年的98 238 人，增长47%。其中，前往斯瓦尔巴群岛的数量从2008 年的3.9×104人增长至2017年的6.3×104人，格陵兰岛从2×104人增加到3×104人，但由于COVID-19 疫情肆虐全球使得2020 年超过50%的北极邮轮被推迟或取消。春季变暖和牧场提前绿化对驼鹿的生长繁殖产生积极影响，扩大了土著猎人的狩猎范围。大西洋和太平洋北部海水升温使得亚北极鱼类和海洋哺乳动物向北扩张，这些物种生存范围扩张可能增加巴伦支海北部、白令海北部和鄂霍次克海的商业捕鱼潜力，将为部分北极沿海社区带来潜在经济效益。例如，鲑鱼养殖和其他水产养殖向北扩张到大西洋北极地区，为当地创造经济效益。除了海洋生物资源，北极变暖有利于获取北极石油、天然气和矿产等非生物资源。

5 北极气候变化预估

最新的气候模式和情景预估本世纪北极仍将持续快速变暖。国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）预估显示，到本世纪末，北极的年平均地表温度在不同的排放情景下，将比1985—2014年的平均值高出3.3～10 ℃［3］。在大多数排放情景下，CMIP6 中绝大多数模型预估：在2050 年前，北极将首次出现在9 月无海冰的情况（最早在2040 年出现）（图6），在全球温升2 ℃的情景下，北极夏季无海冰的可能性是温升1.5 ℃情景下的10倍［3］。

图6 北极9月海冰范围历史变化及模式预估［3］Fig. 6 Historical changes and model projections of September Arctic sea ice extent［3］

IPCC AR6《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》（SROCC）［32］模式预估结果显示，相比于1995—2014 年，在RCP2.6 情景下（Representative Concentration Pathways， RCPs，典型浓度路径），到2100 年格陵兰冰盖物质损失将使得海平面上升0.03（0.01～0.07）m，在RCP4.5 情景下为0.08（0.04～0.15）m，在RCP8.5 情景下为0.14（0.08～0.27）m。IPCC AR6 使用SSPs 情景（该情景加入了社会经济发展信息，且可以在辐射强迫上与RCP 做比较），在SSP1-2.6情景下，相比于1995—2014年，到2100年格陵兰冰盖对海平面上升贡献为0.06（0.01～0.10）m，在SSP2-4.5 下为0.08（0.04～0.13）m，在SSP5-8.5下为0.13（0.09～0.18）m［共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways， SSPs）表示为SSPx-y的格式，SSPx代表不同的社会经济发展路径，y代表2100 年增加的辐射强迫水平，单位：W m-2］。

气候模式预估北极变暖导致的北极多年冻土退化将在本世纪带来严重的经济损失。Hjort 等［33］预估到2050年，北极地区将有超过3.6×104幢建筑、1.3×104km 道路和100 个机场将面临近地表多年冻土消融而被破坏的风险。AMAP 2021 预估在高温室气体浓度情景（RCP8.5）下，到2100 年，仅由多年冻土融化导致的阿拉斯加公共基础设施累计维护成本将增加10%。Melvin 等预估结果显示，2015—2099年，在RCP4.5情景下，因为气候变化给阿拉斯加基础设施带来的经济损失约为42 亿美元，在RCP8.5 情景下则为55 亿美元［34］。SWIPA 2017 预估在2010—2100年，北极气候变化给全球带来的累计经济损失在7×1012～90×1012美元。

6 结论与展望

基于AMAP 2021评估报告，系统解读了北极气候变化及其影响的研究成果和认知。对比SWIPA 2017和AMAP 2019，发现北极气候正加速向更加温暖、湿润的趋势转变，北极环境要素的不稳定性增加，这种变化深刻影响北极生态系统和经济社会发展。AMAP 2021 尽管对北极冰冻圈变化及其影响的认识具有推动作用，但有些领域仍存在不确定性。

由于目前大气中温室气体浓度继续增加，气候变暖还将持续，北极变暖放大效应使得北极增温幅度是全球平均的2倍以上，迫切需要：

（1）更为深入和系统研究北极气候变化的机理和互馈作用，提高对北极与全球变化模式预估能力；填补关键地区和关键指标的空缺是认识北极气候变化的基础，需要优先关注多年海冰、格陵兰冰盖等独特生态系统的变化。

（2）结合卫星遥感、无人机等技术，填补北极偏远地区的数据空白；并推动数据共享，将数据转变为信息产品，服务于北极地区航运、渔业等活动，例如将海冰变化数据及时服务于北极航运，以及对受北极气候变化而引发的极端事件提出预警。

（3）基于北极理事会等跨国组织协调和加强监测网络建设，削弱突发事件（如，COVID-19 疫情）对连续观测的影响；北极理事会成员国和正式观察员国，应优先向公众普及北极气候变化的事实及其影响，努力减少温室气体排放，还应支持如IPCC 和世界气象组织等国际组织以北极为视角组织部分工作。

总之，加强对近期北极气候变化和极端事件的监测与预估，提高应对北极气候变化带来不利影响的能力，以期趋向一个更具生态恢复力的状态转变是未来北极气候变化研究的重点。