冰冻圈储存地球淡水资源 75% 科学体系的建立及发展
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冰冻圈变化和影响
冰冻圈变化在不同时空尺度上，通过改变其物质和能量交换，与大气圈、水圈、岩石圈、生物圈及人类圈相互作用，影响人类经济社会可持续发展。冰冻圈变化的影响有负面也有正面，对负面多种灾害和损失的研究居多。
冰冻圈变化
冰冻圈变化是指冰冻圈内热状况和质量的时空分布变化，在表观上主要体现为形态、体积和质量的变化，如冰川面积、厚度、冰量及末端或边缘变化，冻土面积或范围、厚度变化，积雪范围和雪水当量变化，海冰范围和厚度变化，河冰、湖冰封冻和解冻日期，以及冻结日数、厚度的变化等。冰冻圈内部如热量（温度）、物质结构、物质迁移、化学和生物学等方面的变化，也属变化的内容。地球冰冻圈是气候系统最敏感的圈层。在全球变暖的今天，冰冻圈各要素都在显著变化，主要表现为规模在缩减，温度在升高。
海冰因为有较长的观测数据，可以看到长期变化的细节（图 4）。北冰洋和南大洋是海冰主要分布区，监测表明，相对于 1981—2010 年，北冰洋海冰（北极海冰）自 1979 年以来海冰范围持续减少，南大洋海冰（南极海冰）海冰范围较稳定，20 世纪最后几年到 2015 年间还略有增长。但是最近几年这两个地区的海冰范围均显著减少。
2006—2015 年，格陵兰冰盖和南极冰盖平均冰量损失速率分别达 278±11 Gt/a 和 155±19 Gt/a，这加快了全球海平面上升。全球山地冰川整体都处于退缩或急剧退缩的状态。在中低纬高山地区，近年频频出现冰川崩塌/垮塌事件，给当地带来灾害。例如，2018 年西藏林芝地区的雅江冰崩堰塞湖事件。
近几十年来，积雪范围、最大深度、积雪期和雪水当量普遍呈现减少趋势。多年冻土普遍升温、活动层厚度增加。河冰和湖冰结冰日数缩短、厚度减薄、融化时间显著提前。
冰冻圈变化的影响
冰冻圈变化与气候系统其他圈层及人类圈相互作用，影响着区域和全球经济社会发展。
冰冻圈—大气圈—社会经济
冰冻圈变化影响不同时空尺度的气候变化。洁净的雪面反照率达 90% 以上，是一般地表面反照率的 3—9 倍。海洋在有、无海冰覆盖的情况下，吸收能量的差别可达 9 倍以上；北极海冰减少使海洋吸收更多的太阳辐射，导致区域温升速率达全球平均水平的 2 倍以上。北半球多年冻土含有 1 460—1 600 t 的有机碳，几乎是大气中碳的 2 倍，多年冻土融化所释放的额外温室气体加剧了全球气候变暖。如果全球温升不能控制在 1.5℃ 内，21 世纪将有（1.50—2.50）×106 km2 的多年冻土融化，释放约 100 Gt CO2，可能引发气候突变。这将使当前的“碳排放社会成本”增加近 8 倍——CO2 排放成本将从目前的 15 美元/t 成本上升至 116 美元/t。
冰冻圈—水圈—社会经济
在全球尺度上，冰冻圈退缩使大量冷淡水进入海洋，导致海平面急剧上升，使世界沿海地区和地势较低的岛屿处于危险之中；同时，还会相应改变大洋的盐度和温度，影响大洋热盐环流过程，进而改变全球水循环过程，包括大洋输送带和洋流强度等。区域尺度上，冰川的加速退缩在短时间内可增加冰川径流，但长时间内将导致径流量减少；水文过程发生改变，影响流域水循环和淡水资源的供给，尤其对高度依赖冰冻圈水资源的区域影响最大，给粮食安全、人体健康、维系生态系统和社会经济发展等带来巨大的负面影响。亚洲水资源利用产生的总收入为 2 050 亿美元，而其产生的总外部成本却达到 6 600 亿美元，约为总收入的 3 倍。
冰冻圈—岩石圈—社会经济
冰冻圈对陆地表层的影响主要表现为地表风化、侵蚀、搬运与堆积作用，以及由此产生的一系列灾害。冰川地貌过程、冰湖洪水和泥石流、冻土冻融或热融作用、山区积雪形成的春汛、海冰消退连同冻土融化引发的塌岸和“地面坍陷”等，都会对社会经济产生严重影响。例如，加拿大吉勒姆至丘吉尔间铁路线路约 300 km 的修复重建，而 1978—1983 年仅用于稳定冻土沉降、修复桥涵、恢复纵坡和更新轨枕就花费掉 3 000 余万美元。
冰冻圈—生物圈—社会经济
冰冻圈退缩导致陆地生态系统发生演替的概率增加、物候提前，尤其是生态系统的结构、功能与时空分布格局。例如，多年冻土活动层深度增加、土层内水分向下迁移，高寒草甸、高寒沼泽和湿地显著退化。1970—2010 年，青藏高原的高寒沼泽湿地萎缩25.6%，沙漠化土地增加17.2%。此外，大气冰冻圈变化可以直接影响植被生长，导致农作物减产严重。
冰冻圈变化对海洋生态系统的影响非常显著。北极海冰范围与厚度的持续减少，导致北极海冰边缘区域食物链网络或生物栖息地遭到破坏，进而波及种群繁衍。北极熊赖以生存和捕猎场所不断缩小，导致北极熊数量和繁殖成功率不断降低。若海冰持续减少，未来北极熊的数量可能会锐减近 2/3。生态系统的变化对环北极原住民的生活也有极大影响，不仅其谋生方式和社交方式出现改变，甚至本土语言文化也存在流失的危机。
冰冻圈—人类圈—地缘政治
冰冻圈持续退缩也引起国际地缘政治问题。北极海冰减少和北极航道的开通改变了航运格局，商业利益和环境效应明显，能源和矿产价值突出，军事和战略博弈也愈发明显。冰冻圈退缩带来了潜在战略资源，对有效资源竞争的驱动力使得有些国家开始窥伺南极资源，导致南极洲地缘政治的局势日趋紧张。在高山区，山地冰川退缩，导致淡水资源短缺，引发水资源危机。在国际河流区，水资源的争夺加剧地缘政治摩擦。冰川融化还将引起海平面上升，低地国家与小岛国家面临着领土被淹没的威胁。