北極冰融全球暖化
 
　　就2003年9月底，北極最大的一座冰棚也裂成了兩塊……
 
　　撰文╱席圖姆（Matthew Sturm）、裴洛維奇（Donald K. Perovich）、塞瑞茲（Mark C. Serreze）
 
　　翻譯／姚若潔
 
　　冰晶刺痛我的臉頰，鬍子和雪衣邊緣鑲上了一層雪花。風颳起時，五名同伴的身影在大雪紛飛中變得模糊。這段橫越阿拉斯加極區長達1200公里的雪車旅程，我們走了800公里。我們於2002年晚冬啟程，為的是測量雪掩的厚度、估計其隔熱能力；這是維持多年凍土熱平衡的重要因子。我叫大家稍停，決定到底該怎麼辦。風越吹越大，溫度只有-34.4℃，顯然我們必須找個藏身處，而且越快越好。我把臉貼近一位夥伴的雪帽旁大喊：「確定大家都在一起。我們必須離開這片光禿禿的山脊。」
 
　　我們可能為了尋找全球暖化的證據而凍死，但當時這諷刺的想法完全沒進到我腦中，後來在溫暖舒適的帳棚裡，我才開始為這其中的矛盾大笑起來。 —席圖姆
 
　　北極的改變多到令人訝異：四個世紀以來最暖的氣溫、海冰覆蓋面積的縮小、格陵蘭冰棚的融化量、阿拉斯加冰河以空前的速度縮短。此外還有：俄羅斯河川流量的增加、北極的生長季每10年增加數日，以及多年凍土開始融冰。這些觀察加總起來，透露出單項測量無法顯示的警訊：北極正在發生徹底的轉變。過去10年，不同領域的科學家開始比較彼此的發現後，北極轉變的程度才為人所知。現在，不少科學家開始彼此合作，試著了解變化的各個細節，並預測北極與整個地球的未來。
 
　　他們這些成果的重要性是全球性的，因為北極能調控氣候的程度非常巨大，如同水壩的溢洪道可調節水庫的水位，極區則調控著地球的熱平衡。由於熱帶地區比南、北極吸收更多的太陽能，風與洋流持續把熱運向極區，交由極區大量的冰雪決定其命運。只要具高反射率的冰雪依然完整遼闊，射進北極的陽光絕大部份會被反射回太空中，便能使得北極不僅維持寒冷，也成為吸納低緯度地區熱能的良好倉庫。但這片冰雪如果開始融化縮小，反射的陽光便會減少，倉庫的效用也變得較差，最終將會使整個地球的氣候暖化。
 
　　然而，要釐清即將發生什麼事，卻十分困難。北極的氣候受到錯綜的回饋系統所掌控，衍生出極端複雜的狀況。有些過程是正回饋，將變動放大，可以把輕碰變成猛擠；有的則是負回饋，作用如同煞車，使變動緩和下來。
 
　　這些回饋系統中居首要地位的是「冰反射率回饋」（參見〈冰與水交織的網絡〉）：溫度上升使冬季縮短、冰雪覆蓋面積減少，伴隨著漣漪效應一路直達中緯度地區。另一種回饋與碳有關。北極區有大量的碳以泥煤形式被冰凍，當氣候變暖、泥煤解凍，便會將二氧化碳釋放到大氣層，使暖化不僅發生於北極而遍及全球；此現象稱為溫室增溫。
 
　　問題的關鍵是，對於某些回饋過程如何獨立運作，我們都還不太明白，就更不用說要了解它們之間如何互動。我們知道的是，北極是一個複雜的系統，一件事情改變，每樣東西都會起反應，有時反應的方式還違反直覺。
 
　　氣溫上升，冰晶提早融化
 
　　我們觀察得越仔細，就發現越多變化。過去30年間，北極氣溫已經以每10年0.5℃的速度上升；大部份增溫發生在冬季和春季，其餘的增溫則可從夏季溫度的代用指標記錄（冰心與泥煤岩心、湖泊沉積物）得知。這些記錄顯示，20世紀末與21世紀初的溫度，是400年來的最高點。同樣的記錄也說明，這高溫是北極脫離小冰期後，100年來穩定增溫的結果。小冰期是一段嚴寒的時期，結束於1850年左右，而過去50年的劇烈升溫將之徹底終結。
 
　　最近的升溫趨勢，也反映在其他時序上。例子之一是自小冰期以來，北極與北半球的河冰與湖冰形成較晚、融化較早，冰封季節的總天數比1850年少了16天。在阿拉斯加，席圖姆（作者之一）家附近，有一場累積彩金30萬美元的賭局，猜測每年春天塔那那河於何時破裂。賭局從1917年成立至今，答案已平均提早約6天。高科技的衛星影像資料則顯示，從1970年代以來，北極無雪的時間每隔10年都會延長幾天，生長季也會增加四天。
 
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　　【冰與水交織的網絡】
 
　　鳥瞰融化的海冰，青綠色的水是冰融造的水塘，這是從冰表面上的雪融化而成的淡水；近似黑色的水是海。兩者都比白亮的冰吸收更多熱能。
 
　　北極有許多回饋系統運作，使得預測北極區未來的狀態益加困難。這些系統中，冰反射率回饋（ice-albedo feedback）是最主要的一個。它的作用方式為：陸地、海洋與冰都會反射一部份入射的陽光，最後散至太空中，不會參與氣候的升溫。這些反射的比率稱為反射率。反射率為1的表面會反射所有的光，反射率為0者不反射任何光，而北冰洋竟然涵蓋了這整個範圍。在冰凍、有雪覆蓋的地區，反射率居自然界所有物質之冠，約為0.85；但在沒有冰的地方，反射率最低，約0.07。
 
　　晚春時節，浮冰上覆蓋著雪，又白又亮。這樣的表面反射大部份但非全部的入射陽光。有些冰融化了，使得冰緣後退，那些亮而高度反射的冰就變成了深色、吸光的海水。另外，除了北冰洋邊緣，融雪製造出的許多水塘，反射率也比較低。這兩處的融化都降低了反射率，又引發更嚴重的融化，如此惡性循環。
 
　　如果冰反射率回饋的運作是獨立的，甚至現在就有可能預測全球氣候。可惜事實並非如此。相反的，多種回饋共同運作，有的正向、有的負向，它們的淨效應很難估計。例如，如果反射率降低，效應是氣候暖化，但接著大氣中會有較多水蒸氣，雲量將增加。
 
　　雲的作用像是一把傘，可以減少地表的光照量（造成降溫）；但是也會如地毯般留住地面上的長波輻射（造成暖化）。在冬季這個效應很明顯：沒有陽光、沒有傘，只有地毯，雲的回饋是正回饋。
 
　　但當夏天陽光充足時，情況又是如何？野外研究顯示，這得依雲的性質而定。高而薄的雲主要由冰組成，雨傘效應強，雲輻射回饋是負回饋；若是夏季常見在低空而由液態水組成的雲，則地毯效應強，為正回饋。的確，當這些低雲出現時，冰的融化比晴朗的日子還多。
 
　　科學家正試著釐清，在北極複雜網絡中的回饋系統，究竟何者最需被關注。目前的確有一些標的，像冰反射率回饋，可以把已經發生的改變變得更大、速度增加、影響範圍擴張。它們可能把系統推出邊緣之外。