正文
的极端冬季事件。北极系统与世界其他地区复杂联系正在曾强。
陈大可：
我们可能应该继续讨论北极加剧的变暖效应。刘教授，您对此有何看法？这个加剧变暖的现象是否是由正反馈引发？
刘骥平：
北极变暖加剧效应，作为气候变化的一部分，它的解释曾是热量向北极的传输增加。最近我们用气候模型进行数值模拟，比较了两个场景：固定与变化的海冰量。我们的结果显示，本地海冰量的变化及其相关的太阳反射在北极变暖加剧中起主导作用。来自低纬度的热量传输确实有一些影响，但仅是轻微程度。这是我们当前研究的结果，随着我们对北极系统理解的提高，新的观点可能会发展出来。
陈大可：
接下来我们讨论格陵兰和南极的冰盖以及它们如何影响全球海平面。刘教授，您能开始吗？
刘骥平：
南极和格陵兰冰盖共同拥有地球上68%的淡水。冰盖的质量可以通过积雪、蒸发、水流以及冰架或冰舌的融化和崩塌而改变。我们目前通过卫星或空中遥感测量解决这个复杂问题。在整个冰盖融化的极端情况下，格陵兰和南极将分别导致全球海平面上升7.4米和58米。具体的增量是，每1厘米的海平面上升将以沿海地区加剧的恶劣气候的形式危及全球大约600万人。过去的测量告诉我们，格陵兰冰盖在1970年代之前基本稳定，然后它开始融化。格陵兰冰盖的融化在过去30年中加速，并导致海平面上升12毫米。南极西部冰盖经历了类似的变化，已经导致大约7毫米的海平面上升。近年来，由于南极东部降雪量增加，南极东部冰盖的质量大大增加。这一意外变化更凸显了对冰盖变化理解的不足和不确定性。由于融化的冰盖是海平面上升的驱动因素，政府间气候变化专门委员会
（IPCC）
对冰盖的质量平衡和动态给予了高度重视。特别是，由于缺乏观测数据，南极东部作为一个主要的未知部分尤为突出，妨碍了气候模型的发展。此外，准确建立冰盖的动态模型来反映近年来快速的冰盖变化仍然是一个挑战。在过去，我们常常认为其变化在数百至数千年上是可观测的。现在，冰盖的变化在十年内就可以观测到。这方面的研究需要新的观点来构建冰盖模型反映其与大气、海洋和海冰的相互作用。只有通过准确的冰盖模型，我们才能对未来海平面上升提供准确的预估。我们当前的地球系统模型预测，到21世纪末，格陵兰冰盖将导致海平面上升0.15米，而南极冰盖将导致海平面上升0.12米。与融化的冰盖有关的最后一个问题是，它可能削弱全球海洋翻转循环，影响海洋生态系统，从而影响海洋对二氧化碳的吸收量。
陈大可：
极地地区的冰盖在全球范围内受到了相当大的关注，核心问题围绕所谓的气候“临界点”的存在。我们会到达这种“无可挽回的地步”吗？我们当前对冰盖和海平面变化的预测有多大不确定性？通过更多的科学极地探险、更多系统的观测和更现实的模型，希望我们能够回答这些问题。现在，让我们转到下一个主题——极地生态学。众所周知，两个极地地区都有独特的生态系统。隐藏在极地冰盖下的栖息地可能隐藏着非凡的生态和生物学秘密。周教授，您可以开始这个话题吗？
图2：一只北极熊在北冰洋的夏季冰流上迁徙。
周朦：
两个极地区域拥有丰富的生物资源，其生态系统必须具有很高的生产力。但夏季中高生产力的时期只持续2到4个月，而一年中大约8个月的时间在低光能和低生产力中度过。我们自然需要问，极地生物群落如何利用夏季中的4个月获得的能量维持1年的生存。在较高纬度的陆地生态系统中，生物体在冬季处于冬眠状态或存储食物。在南大洋的生态系统中，磷虾占据了中心地位，因为它们以藻类为食，而被更高营养级的生物
（如鱼类、企鹅、海豹和鲸类）
所食。与陆生动物不同，磷虾在冬季不会冬眠，而食物链中磷虾以上的其他极地海洋动物也在冬季活跃。我们估计磷虾的年存活率为1%，因此，如果被渔业捕捉到的磷虾的年龄约为4岁，磷虾的4年存活率约为1亿分之一。这个巨大的磷虾群体的生物能量来源尚未确定。
两个极地地区中的海洋主导物种在行为上有显著差异。北极海洋生态系统中的基石物种之一是飞马哲水蚤，一种最大长度为2-4毫米的桡足类浮游生物。在春季它们以藻类为食，大量的飞马哲水蚤可以把大陆架海域变成红色。而南极海洋生态系统中的一个基石物种是南极磷虾，最大长度为7-8厘米。南极磷虾可以形成10-20公里的超级聚集体，数量密度为每平方米1万到10万只。它们都是鱼类幼体和更高营养级动物的关键猎物。在北方，飞马哲水蚤在春天出现，并在夏天生长，然后在夏末下降至600-800米，并进入冬眠以在秋冬期间躲避其他动物。在南方，南极磷虾在整个南半球冬季保持活跃进食。然而，对于飞马哲水蚤或磷虾，食物来源和冬季生态系统的网络仍然知之甚少。过去，科学家们假设是，来自夏季的溶解和特定有机物质通过微生物为冬季生态系统提供食物，但这些假设从未通过功能组或营养级之间的生物量流量平衡得到证实。对于生态系统的不理解是由于在没有光照的月份缺乏观测，因为我们的研究船不能在那些月份停留，因为海冰厚实且缺乏采样方法。由于我们不知道这些海洋动物如何在秋冬时期生存，因此我们也不知道它们在初春时的数量、质量及空间分布的初始条件。这是我们在极地生态学研究中面临的主要挑战，最终也是是生态系统和气候变化的模型化研究中的挑战。到目前为止，中国科学探险已集中在北冰洋的7月至9月之间及在南大洋的12月至次年3月间。展望未来，我希望我们在12月至次年3月的北冰洋及在4月至11月的南大洋中更多关注这些偏僻水域的海洋学调查和研究。
在南极洲，生物学研究的另一个重大机会是在厚约1.8公里、距今约200万年的冰盖内等待着我们。这个冰盖中可能存在被冻结的微生物。如果冰盖下有封闭的冰下湖泊，那里可能会有已经与我们世界隔离了200万年的活体物种。如果我们确实能够收集冰盖下样品并获得关于如此长一段时间中生命演化的知识，这将对人类理解地球甚至普遍情况下的生命起源和演化大有帮助。全球范围内备受瞩目的一个特别令人兴奋的中国研究活动是我们在南极冰盖埃新高原的冰心钻探工作。如果我们能从冰盖底部获得完整的冰芯样本，密封在冰芯中的空气泡或微生物可能会揭示该时期大气和微生物的日期及成分，并告诉我们环境和生命体在地球上的进化过程。此外，冰盖下可能的火山活动可以维持温暖的水和能量源。我们的一些同事推测，在这样一个孤立且极端的环境中，可能已经进化出奇异的生命体。
陈大可：
您提到了两个有趣的话题，我有两个评论。首先，极地地区的冬季几个月可能不会是完全黑暗和缺失能量。与春天的生命"大爆发"相比, 它确实是一个低生产力的长时期段，但生命必须能够通过某种策略延续，并应有一个明确的季节性循环。其次, 钻探到南极冰下湖并采样具有巨大的科学潜力，现正受到各类资助机构的强力支持。俄罗斯研究人员开始了这一领域的调查，但他们收回的样本受到了污染，因此用途有限。我们正在努力开发干净的钻探技术。如果成功，仅发现那里的微生物本身就将构成本世纪一项重大的科学突破。
