用图解来告诉你气候改变对北极的影响

2017年02月22日 09:32   编辑:小舌尖   来源:国家地理

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导读:自1979年我们开始用卫星监测以来,北极海冰的范围在2012年9月16日缩至最小。这张照片以北极为中心,由美国国家海洋和大气局的Suomi-NPP卫星于2012年9月2日拍摄的多张照片拼合而成。供图......

自1979年我们开始用卫星监测以来,北极海冰的范围在2012年9月16日缩至最小。这张照片以北极为中心,由美国国家海洋和大气局的Suomi-NPP卫星于2012年9月2日拍摄的多张照片拼合而成。

供图:NASA

撰文:Betsy Mason

虽然地球的平均温度在缓缓上升,但北极地区变暖的步伐则要快得多——甚至快两到三倍。12月22日,北极点附近的浮标气象站报道称,北极气温已升至融点零度。最近的研究也表示:至少4.4万年以来,上个世纪里北极的夏季平均气温达到最高。

地图和视觉化数据分析清楚地告诉我们:全球变暖并非谎言。

现在有了卫星、海洋浮标和配有仰视声纳的潜艇来追踪海冰范围、厚度和体积,科学家所得到的关于北极的信息越来越全面。这些测量结果不断刷新着北极最高气温和最小冰面积的记录。2012年,海冰全年平均范围比1979年缩减了330万平方公里。今年年初,冬季海冰面积又缩小了160万平方公里,达到历史最小。

像这样的数字就已经够让人担心的,但信息转化为地图和图表之后,问题就显得更严重了。从大气变暖和冰川融化到苦苦挣扎的北极熊再到即将开建的新航道,本文将为你介绍11幅北极变化的图片。

这是从1979年至2014年,北极冰川的范围缩略图。

供图:NASA SCIENTIFIC VISUALIZATION STUDIO

NASA的这张图表运用了数据可视化的先驱者Edward Tufte所推广的small multiples的概念,即摒弃了一张大而全、容易让人困惑的图表,而是一个接一个地排列出大量类似的图像,以便于比较。这种方法非常适合视觉展示以时间为标准的变化量。

上图表展示的是从1979年至2014年上半年的每个月,北极海冰的范围。(由于图片是在2014年制作的,当年下半年的数据没有收录进来。)从上到下,每一行显示了从1月至12月,海冰面积缩减又再次扩大的过程。从左至右,你可以看到结冰量每年在慢慢变少。这种情况在9月(倒数第四行)时特别明显,那时海冰范围降至最低点。

根据科学家们所用的预测方法不同,北极夏季海冰完全消失的时间也有所差别,有说到下个世纪下半叶,或者下个世纪中期,也有说不到10年。

正如上面这个动态图表里的曲线所反映的,海冰范围在一整年里会有所波动。但从1979年至2016年,我们可以清楚地看到整体趋势是在变少。

供图:NASA’S EARTH OBSERVATORY

12月6日NASA的地球气象站发布了这个动态图表,这是海冰范围的另一种可视化结果。从1979年至2016年,整个呈缓慢而又稳定的下降趋势。你还可看到下降趋势中的变化,这就是为什么一两个冬天海冰面积扩大并不能作为证据,来证明下降趋势发生了逆转。

2012年,夏季海冰的面积降至历史最低点,明显小于任何一年。尽管在今年9月,这条线在最低点之上,但到了10月下旬,却跌到了2012年同期水平之下。海冰面积连续三年创下历史新低。

最新的交互图表由国家冰雪数据中心提供。

这四张北极地图来自1999年至2014年出版的《国家地理地图集》,展示了海冰的变化情况。

供图:NATIONAL GEOGRAPHIC MAPS

北极的变化也吸引了地图绘制师的注意。去年,总统奥巴马以此为证,表示美国已经看见了气候变化的影响,他说:“冰盖的退缩迫使国家地理对世界地图做出了自前苏联解体后最大的改动。”

在上面这张动图里,你可以感受到奥巴马所说的变化。最后一张图片来自于2014年出版的第10版《国家地理世界地图集》。在那张地图上,白色部分是从2012年开始形成的多层冰,划线部分是海冰的最大范围。

为每一年,每个季节都有所变化的地方绘制一幅地图是个很大的挑战。

1979年以来,每天北冰洋海冰体积大小用PIOMAS重新描述,产生了一个线条向内旋转且不断缩小的动图。Andy Robinson已经做这张图很多年了。

供图:DR. ED HAWKINS, UNIVERSITY OF READING

今年早些时候,国家大气科学中心(NCAS)的气候学家Ed Hawkins绘制了一个动态螺旋,用以展示从1850年至2016年之间,全球平均气温的上升情况。这张图很快流传开来,在脸书和推特上获得了几百万的浏览量,其中一个版本甚至还出现在了里约奥运会的开幕式表演中。

 

那是Hawkins绘制的北极海冰体积从1979年至2016年的动态螺旋图。由于海冰的季节性波动,这个螺旋图向一侧倾斜,但整体趋势很清晰。(另一位科学家Andy Robinson则在缓慢搭建静态的“北极的死亡螺旋”,按月份分离整体趋势,追踪海冰在每个月的体积变化。)

Hawkins绘制的螺旋图不止于此,还包括大气中的二氧化碳浓度和3D气温螺旋图。另一位科学家Jay Alder受到他的启发,绘制了一幅预测未来温度上骇人听闻的螺旋图。

红色的地方代表2010年10月至2011年9月的平均气温高于1981年至2010年的平均气温的地方。

供图:NOAA

北极发生的所有变化全部都源于气温上升。上面这个可视化图片展现了2010年10月至2011年9月的北极表面温度,并和此前30年的数据进行对比,显示出变暖的幅度。在这张图上,科学家曾经的预测实现了:和地球上的其他地方相比,北极变暖的速度要快两到三倍。

造成这种差异最大的原因之一在于北极的反馈环。亮白色的冰比深色的海水反射的太阳辐射更多,而气温上升导致海冰融化,更大的海洋表面会吸收更多的太阳辐射,区域温度上升,从而导致更多的冰融化。

表面的相对反射率被称为反照率(albedo),这个循环即冰反照连锁回馈效应(ice-albedo feedback loop)。

红色是2000年至2014年太阳辐射吸收的增加情况。在深红色对应的地方,反射性强的海冰已融化成了颜色更深的海水。

供图:NASA SCIENTIFIC VISUALIZATION STUDIO

从2000年至2014年,反射性强的海冰融化成了颜色更深的海水。海水又水导致北极对太阳辐射的吸收率上升了5%。整个北冰洋增加的平均值有10万每平方米,而在那段时间里,全球其他地方几乎没有什么变化。

上面这张图片显示了吸收率增加最多的地方:阿拉斯加、加拿大的育空地区和西北地区以北,即波弗特海。在这里,海冰的损失尤其明显,减少量达50瓦每平方米。

在北极的大部分地方,生长季变得越来越长。

供图:NOAA

北极的气温上升意味着生长季的时间更长、植物更茂盛。利用卫星测量地表反射的可见光和近红外光,科学家可以量化并绘制绿色植被的覆盖情况。上面这张地图显示的是从1982年至2012年,生长季高峰期植被的变化情况。

在北极,由于散布着更高的灌木和树,几乎整个苔原都变绿了。造成这个结果的原因有很多,包括气温上升、积雪层减少、大气环流模式改变。科学家预计,自1982年开始,北极的生长季每10年延长了9天。

我们现在仍不清楚,从长远来看苔原植被的增加会对冻土造成怎样的影响。但永久冻土会造成未来气候变暖:它们的消融会释放甲烷,这种强力温室气体会进一步加剧气候变暖。

在北极,生活着19个北极熊亚种群。其中一些受到气候变暖的影响更早。

供图:NOAA

生态系统受到威胁,食物链顶端的大型动物常常能代表代表所有动物面临的困境;在北极,北极熊正扮演了这样的角色。这不仅是因为它们长相可爱,还因为北极熊的问题总是颇具戏剧性。它们总是抱着一小块浮冰,试着向越来越遥不可及的食物源游过去,这样的照片已然成为气候变化结果的标志性作品。

但由于这样那样的原因,北极熊与气候改变的故事非常复杂。正如上图所显示的,在北极,生活着每一个北极熊种群都面临着不同的环境挑战。其中四种北极熊的数量在下降,五个相对稳定,只有1个在增长。还有剩下的一半,尚未得到足够的数据。

随着海冰减少,北极航线将会开放。上图预测了未来几十年里,温室气体低排放(左)和高排放后,将会开放更多路线,许多类型的船只得以航行更长的时间。

供图:MELIA ET AL, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS

随着北极海冰消退,开放水域将增多,船只航行的机会也会变多。今年9月发表在《地球物理研究通讯》上的研究预测,在未来几十年内,北冰洋将成为货船往来太平洋和大西洋之间的捷径。今天,大多数从欧洲前往东亚的船只需要通过苏伊士运河,花费一个月的时间。从北美经由巴拿马海峡前往东亚,平均需要25天。到本世纪末,各种穿越北极的路线将会大大缩减航行时间,从北美和欧洲出发,将分别节省出四天和近两周的时间。

上图显示的是可能开放的路线,其中有针对海冰的内置保护措施(粉色)和定期航行在开放水域中的船舶(蓝色)。左边是温室气体排放量较低的情况,右边则是高排放。你会看见,随着时间推移,越来越多的海冰消失后,航线开始向直线靠拢。

新研究预测,低排放情况下,到本世纪末,北极每年将开放4到8个月;高排放的话,则是10到12个月。不过也有一个好消息:研究人员指出随着航线缩短,船舶的排放物也会减少。

(译者:Sky4)

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