南极洲气候变化

南极洲气候变化（Climate change in Antarctica）在整个南极大陆所造成的气温变化并非每处一致。西部南极洲变暖加速，而大陆内陆部分（参见南极洲地理）则因风的缘故而变得较冷。西部南极洲的海水温度从1955年起已升高1°C。水温和陆地温度再进一步升高将会影响这块大陆的气候、冰体与生活于此的动植物，并对全球产生影响。由南极洲冰芯取得的数据显示目前的温室气体浓度比以往任何时期都高，表示此块大陆的变暖并非来自自然循环，而是人为所导致全球变暖的结果。

南极洲于1992年至2017年期间已失去2,720 ± 1,390吉吨（Gt，10亿吨）的冰体，推测到2100年，由南极洲冰层融化而来的水会让全球海平面上升25厘米。南极冰盖的融化，特别是西部南极洲的，将会导致洋流变化，而影响全球。这块大陆的生物多样性受到气候变化的影响，但影响程度尚难确定，因为其上的许多物种仍未被发现。目前已有的南极植物与南极野生动物的变化记录，包括有植物种群规模增加，以及企鹅对于新栖息地的调适。气温升高导致永久冻土融化，而把封存于冰中的温室气体和化学物质释放。

即使世界各国已于2015年签订《巴黎协定》，其中包含有限制气候变化的目标，但要扭转西部南极洲的冰融化可能为时已晚，而于南极洲的进一步气候变化仍会影响全球。

## 于物理环境的影响

### 气温与天气变化

于1957年之后至2000年代初期之间所测得的结果，显示南极半岛（位于南极洲的西北端）与大陆内部的气温趋势存在差异。根据2009年发表的一份研究报告，西部南极洲的气温于1957年至2006年期间，每十年增加0.176 ± 0.06°C。而于2020年发表的的另一份研究报告显示位于东部南极洲西南边界的霍尔湖观测站取得的气温资料，于1986年到2006年间为每十年下降0.7 °C。这两项研究都显示气温变化后可能会改变风型，根据2020年发表的另一份研究报告，围绕南极周围的西风带在20世纪后半叶变得更加强烈。同一份报告表示南极半岛是地球上变暖最快的地方，紧随其后的是西部南极洲，但此趋势已在21世纪初减弱。反过来，东部南极洲上的南极部分于上个世纪的气温几乎没升高，但南极洲在过去三十年里的气温增幅是全球平均水平的三倍多，每十年变暖0.61±0.34°C。南极洲于2020年2月有记录的最高气温为18.3°C，比2015年3月的记录17.5°C高出约一度。电脑气候模型预测到2100年，这块大陆的气温将平均上升4°C，降水量将增加30%，而海冰总量将减少30%。南极洲气候变率（短期变动）中的一个主要组成因素是南极振荡，它在20世纪后期几十年的夏季中显现的是南极洲周围的风力增强，此与南洲大陆的气温降低有关联。这种趋势的规模为过去600年来所未见。而变化模式最主要驱动因素可能是大陆上空的臭氧层消耗所造成。

西部南极洲海洋上层水温自1955年起已上升1°C。南极绕极流（ACC）的变暖速度比全球海洋平均值要快。ACC的变化不仅会影响南极洲的气候，还会影响大西洋、太平洋和印度洋的洋流。

地球气候本身会自然波动，而从南极洲取得的冰芯显示这些波动与大气中的温室气体浓度有关联。这类波动被称为冰期和间冰期。冰期中的大气二氧化碳浓度为百万分之180（180ppm），甲烷浓度为百万分之300（300ppm）。在间冰期，二氧化碳浓度为百万分之320，甲烷浓度为十亿分之790。目前的二氧化碳浓度为百万分之417（2022年4月），甲烷浓度为十亿分之1,896（2022年4月），显示今日的浓度不在正常波动范围之内。

### 冰体变化

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于2018年对从前所有冰盖质量平衡比对活动（IMBIE)）研究和数据进行的系统性回顾，发现南极洲在1992年至2017年间已损失2,720 ± 1,390吉吨的冰体，平均每年损失109 ± 56吉吨。一旦所有脱离大陆的冰山融化，足以让全球海平面上升7.6毫米。大多数的冰体损失发生在西部南极洲与南极半岛。同一份研究报告估计从1992年到研究期间中的最后五年，西部南极洲的冰盖质量损失从每年53 ± 29吉吨增加到每年159 ± 26吉吨。南极半岛的冰盖质量平均每年损失-20 ± 15吉吨，而在2000年之后每年损失达到约15吉吨。在此两地，损失均为冰厚度变薄以及漂浮的冰棚融化的结果。东部南极洲的结果则有不确定性，但估计在研究期间的冰量每年平均增加5 ± 46吉吨。

预计南极冰盖仍将继续融化，并对全球气候产生深远的影响。随着海水温度持续上升，预计到2100年，世界海洋的海平面将上升25厘米。未来的冰盖融化会根据温室气体排放不同的假设，而有不同的结果。巴黎协定所列政策的结论是如果全球升温能控制在不超过2°C的范围内，南极洲的冰层损失将继续以目前的速度持续到本世纪末。但如果目前的排放趋势导致气温升高3°C的情景时，预计2060年之后的冰损失会快速增加，导致平均海平面每年将上升0.5厘米。在排放量更高的情景下，会对全球海平面上升产生更大的破坏性影响。

南极冰盖所储藏的冰量占全球的90%，占地球淡水总量的70%。而全球变暖导致南极洲冰盖迅速流失。于2022年发表的一项研究报告叙述南极洲冰盖的冰河融化占南大洋水量增加的大部分。这种融冰增加，会导致海洋分层增加，以及分层稳定，而把温盐环流削弱，并阻碍含盐量较高的深层海水上升到表层水域。

### 黑碳及其对反照率的影响

当黑碳在雪和冰上聚积，会把其表面的反照率降低，并吸收更多的太阳能量而加速冰融化，而创建出一个冰-反照率反馈回路，融冰本身影响到表面的反射而更加快融化的速度。南极洲的南极半岛和联盟冰川营地（位于南极半岛底部）周围均发现有黑碳存在，在有人类活动地区附近的浓度最高。在南极洲的人类活动会加速此块大陆的融冰，但融化的速度将根据黑碳和其他排放物扩散的距离以及覆盖的面积而有不同。于2022年所做的一项研究，估计由于反照率减少而增加融冰的程度达5至23公斤/平方米，聚集黑碳多的地点，夏季的季节性融化将会更早开始。

### 永久冻土

南极洲气温升高也会导致永久冻土融化，而把之前捕获的的污染物与养分释放。这些化学物质会改变地表水的化学性质，经微型藻类等小型生物体摄取后，会在食物网中发生生物累积和生物放大作用。永久冻土中存在持久性有机污染物（POP）和重金属，这些化学物质被重新利用后可能会对生物体产生负面影响，而影响到整个生态系统。一些具有生物效应的化学物质包括多环芳香烃（PAH，会致癌、肝损伤）、多氯联苯/六氯苯/滴滴涕（降低生殖率、导致血液及免疫机转疾患）、和汞/铅/镉（导致内分泌干扰、DNA损伤、免疫毒性、生殖毒性）。了解被困在永久冻土中的化学物质及其对南极生态系统的可能负面影响非常重要，尤其是随着气候变化导致气温升高，许多化学物质将被释出。

## 对生态的影响

### 生物多样性

根据南极海洋物种登记簿，南极洲迄2010年已发现的物种有8,806种，而生活在南极洲的物种可能多达17,000种，表示仍有多种物种是当地生物多样性环境的一分子，但尚未被发现。而透过许多现代分子技术已在南极生态系统中发现一些新的物种，包括双壳纲、等足目和海蜘蛛。对其中一些物种的研究，存在的问题是90%的南极地区深度都超过1,000米，而位于该深度的海底生物界只有30%受到探测，这表明目前的探测均集中在较浅区域。如南极深海生物多样性项目（ANDEEP）等已对约11%的深海进采样，发现585种以前未曾描述过的等足目甲壳动物，表示对此深海区域进一步研究确可加强了解南极的生物多样性。

整个南极洲生物多样性的另一主要来源是位于盐水通道中的藻类群落。当冰盖于夏季开始融化而形成冰下群落时，会产生很大的变化。这些冰下群落通常存在于所谓的盐水通道中（当冰慢慢融化时，会在冰内形成通道）让能结合碳的藻类等生物体生长。由于藻类是食物链的基础，可进行光合作用，而实现可持续的生态系统，也让食物链的内容更为丰富。

由于当地极少有人居住，一些科学家假设南极生物多样性可能不会受到气候变化的影响。全球平均气温自1880年以来上升1°C，许多研究均显示南极洲内的多样性生态系统正受到不利影响。最大的问题是生物多样性将如何对气候变化做出进一步的反应？科学家透过一项实验将影响量化，而预测如果地球温度超过3°C，当地物种丰富度将下降近17%，而适宜的气候区域将减少50%。

预计发生于南极洲的热浪事件的频率和强度将会增加，而可能导致个别物种的消失。这些生态系统中失去捕食者，可能会引发营养级联反应，导致二次物种灭绝。捕食者的存在（例如以藻类为食的南极磷虾）可协助减缓此类变暖事件的影响。

### 植物

南极洲的植物群以地衣为主，其次是苔藓和冰藻。这些植物主要分布在南极洲沿海地区。南极洲大陆上仅有的维管束植物 - 南极毛草和南极漆姑草生长在南极半岛。由于气候条件变化，适应新的条件对于植物的生存有其必要。在此地的生物应对气候问题的方法之一是在条件有利时快速生长。大气中高浓度的二氧化碳和其他温室气体导致气候随着温度升高而变化，造成（I）可用水量增加，进而导致（II）植物定殖增加及（III）局部规模扩张，导致（IV）生物质增加、营养复杂性和陆地品种多样性增加，以及（V）更复杂的生态系统结构，以及（VI）可驱动生态系统进程的生物因素占有主导地位。

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两种海洋维管束物种（南极毛草与南极漆姑草）由于气温升高而增加光合作用。由于温度升高，这两种植物的种群规模和分布范围都有扩张。气候变化也会对间接过程产生重大影响，例如土壤养分可用性、植物养分吸收与代谢。

三种南极大陆苔藓 - 真藓、拟三列真藓及角齿藓也会增加光合作用。干燥趋势正在影响东部南极洲的陆地生物群系。干燥的微气候导致苔藓健康状况下降。苔藓受严重的压力而发生颜色变化。由于干旱和其他压力，许多绿色苔藓呈现的是红色到棕色，表示植物从光合作用和生长转向增加颜色以避开阳光之害。如果环境条件改善，苔藓就能恢复为绿色。（保护色素降低，叶绿素增加）。

由于冰河退缩，裸露区域附近刚形成的冰碛发生影响地衣生物群系的重大变化。地衣多样性的变化取决于基质的湿度和积雪的持续时间。减少发生频率的栖息地是潮湿的石质土壤、岩石壁架、潮湿的苔藓和融水渠道。持续的冰河消融导致先锋地衣物种的定植增加。在海边悬崖岩石和大型企鹅群附近，发生有可观察到的极小地衣生物群变化。

由于臭氧层变薄，紫外线辐射增加，会对细胞和光合作用造成损害。植物试图透过产生抗氧化剂以保护自身免受紫外线辐射的伤害。暴露于紫外线的植物会合成抗氧化酶 - 超氧化物歧化酶、过氧化氢酶及过氧化物酶来自我保护。暴露的植物还会合成非酶抗氧化剂 -维生素C、类胡萝卜素和类黄酮化合物。这些抗氧化剂也被人类用来保护免受自由基和活性氧类的破坏性影响。环境条件变化的不确定性导致南极洲物种在调适和生存发生困难。气温升高会导致外来物种入侵和南极生态系统生态群落的变化。紫外线辐射增加已对南极植物群造成负面影响。

### 动物

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南极洲海洋食物网的特点是营养成分少、猎物多样性不高。捕食者-被捕食者的动态取决于相对较短食物链的波动。一些关键物种主导海洋生态系统。南极磷虾 (EuphasiaSuperba) 和水晶磷虾是两种关键物种的例子。这些虾类以浮游植物为食，本身是鱼类和企鹅的主要食物。海冰的周期性由于气候变化而发生变化，导致早期浮游植物繁殖、磷虾发育和给予企鹅可用性之间的不匹配。对许多企鹅来说，后果是觅食次数被迫增加和繁殖成功率降低。磷虾的缺乏会导致企鹅种群数量波动和食物转变。

由于企鹅在南极食物网中处于最高位置，它们将受到气候变化的严重影响，但可通过调适、适应或转移他处来进行应对。通过转移而到其他地方定殖，有导致局部灭绝的可能。当地动物微演化的速度太慢，无法配合气候变化。在南极洲对气候变化最重要的反应是朝极地方向迁移、扩张及整体范围缩小。完全适应在冰地生活的企鹅是受影响最严重的物种，但不耐冰的巴布亚企鹅却能受益。在南极洲海域，巴布亚企鹅的数量正在迅速增加。由于当地气候变化，这种企鹅往南迁移。现在他们在以前无法进入的领土中定殖。巴布亚企鹅使用苔藓作为筑巢材料。这种筑巢行为对于以往居住在南极洲南部的企鹅群来说是新鲜事。通过分散和适应性筑巢行为，巴布亚企鹅在种群增长方面取得巨大成功。在当前地理分布的边界，对气候变化的反应最为明显。对气候变化最有可能的反应是迁移，因为企鹅的调适和进化速度都太慢。

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在鸟类中，常见的是物候反应，例如返回繁殖地和产卵时间的变化。对于企鹅来说，企鹅响应猎物物候的转变非常重要。一般常见的环境驱动因素会决定捕食者与猎物间的同步。气候驱动的波动降低磷虾的来源，也将企鹅繁殖成功率降低。虽然巴布亚企鹅在繁殖季节与阿德利企鹅共享猎物资源，但两个物种之间不存在资源竞争。这表示该地区当前的企鹅数目趋势是由竞争以外的因素所决定。皇帝企鹅的繁殖季节较长，而受到空间和时间的限制。未来企鹅的物候变化可能会产生基因型的限制。可能的生态陷阱会将不耐冰的物种吸引到不存在觅食地的无冰地区。如果缺乏生命周期有利条件，且物种没有调适性反应，其未来的适应度将会下降。

### 非本地物种

过去20年来，发生在南极洲的旅游活动显著增长，2019/2020年夏季共有74,401名游客前往。与旅游业相关的人类活动增加，意味着引入非本地物种的机会将会增加。在气温上升和冰盖减少的环境中引入非本地物种的可能性尤其令人担忧，因为引入的物种在此地生存的可能性增加。气候变化可能会降低本地物种的生存能力，而将引进物种因竞争减少而增加繁衍的机会。实施限制游客数量，以及限制其在南极洲及其周边地区可进行的活动的政策可减少新物种的引入，而减少对本地物种的干扰。继续实施南极特别保护区（ASMA）和南极特别管理区（ASMA）等措施将是实现此一目标的方法之一。

## 未来影响

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即使全球气温上升仅限于《巴黎协定》所设定的目标，即将全球平均气温上升限制在比工业化前水平高出1.5–2°C 的范围内，人们仍然担心西南极冰盖的不稳定已变成不可逆转。根据模型计算，纵然低于全球温度预测目标的类似轨迹持续存在，东南极冰盖也可能存有永久不稳定的风险。基于物理的电脑模型显示即使全球平均气温下降2°C，南极冰层流失的速度仍可能与21世纪前二十年相同。海洋冰盖不稳定（MISI）和海洋冰崖不稳定（marine ice cliff instability，MICI）对未来南极冰盖质量损失埋藏有重大不确定性的因子。冰盖的海洋部分有调节冰河流量的作用，这部分（如冰棚）损失后会加速陆地冰盖的损失。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC) 发表的第六次评估报告（AR6）解释说，冰盖模型模拟将所有南极冰棚去除（并阻止其重新形成），显示会在500年后导致海平面上升当量（SLE）的质量损失2至10米（由MISI所造成）。模型显示西南极冰盖可导致海平面上升2至5米，其大部分质量损失将在头一到两个世纪内发生。

动物种群也会显示出气候变化的持续影响。阿德利企鹅是种仅在南极洲海岸出现的企鹅，其现有种群中近三分之一可能会在2060年之前受到气候变化的严重威胁。皇帝企鹅种群可能也面临类似的风险，在没实施缓解措施的情况下，有80%的皇帝企鹅种群将在2100年前面临灭绝的风险。但如果落实《巴黎协定》倡议的升温目标，在升温2°C情景下，这一数字可下降至31%，在升温1.5°C情景下，可下降至19%。海洋变暖也会减少南冰洋中磷虾和桡足纲的数量，导致须鲸无法恢复到人类商业捕鲸之前的水平。如果温度上升的趋势不能逆转，须鲸可能会被迫调整其迁徙模式，或是面临局部灭绝。

最后是以工业、旅游业或增设研究设施为目的的南极洲开发会给这片大陆带来直接压力，并威胁其基本上尚未受到开发的土地。

## 缓解和调适

气候变化是个全球性问题。只能透过全球共同减少温室气体排放，以缓解南极洲气温上升以及相关的冰和永久冻土融化的情况。因此就针对南极洲的政策则应侧重于气候变化调适，而非气候变化缓解。

用于应对南极洲气候变化影响的一种现实方法是透过保护生态系统来提高气候韧性。南极特别保护区（ASPA）和南极特别管理区（ASMA）是南极条约体系中指定对动植物进行特别保护的南极地区。ASPA和ASMA所指定的区域均限制人类进入，但严格程度不同，其中ASPA的限制级别最高。自20世纪80年代以来，制定ASPA的数量已减少84%，由于旅游业迅速增长，将会对自然环境和生态系统造成额外压力。为减轻气候变化和旅游业快速增长对南极生态系统造成的压力，许多科学界人士主张增加如ASPA等的保护区，以改善南极洲对气温上升的韧性。

## 外部链接

- White Ocean of Ice Antarctica and climate change blog
- published on 2019-04-10 PBS NewsHour