2021-4-10 | 生态保护论文
１北冰洋环境的快速变化
北冰洋有着地球上最为独特的海洋生境：极昼和极夜更替、宽阔陆架环绕的深海盆、海冰的长消循环变化、以及中心海域常年海冰覆盖等。数十年来、尤其是最近５年，随着全球变暖的加剧，北冰洋的环境正在发生着快速变化。
北极正在升温，１９８０年以来北极的年平均升温要比地球的其他地区高出１倍，而２００５年以来北极表面气温比１８８０年有历史记录以来的任何时候都高［１］。北极最大的地表气温升温出现在秋季、夏末海冰消失的海域，表明这些海域在夏季吸收了比以往更多的热量。多余的能量在秋季以热量的形式散发，进一步促进了北极低层大气的升温。目前对海冰与气候间的反馈强度还无法很好地定量，导致对北极海冰和环境变化的幅度和速率预测存在极大的不确定性。
北极夏季海冰覆盖面积以每１０年９．３％的速率递减（图１）。２０１１年９月９日海冰面积达到了年度最小值（４．３３×１０６ ｋｍ２），为有历史记录以来的次低值，仅比２００７年历史最低值多了０．１６×１０６ ｋｍ２，比１９７９—２０００年平均值低了３１％（２．０８×１０６ ｋｍ２）。过去的５个夏季（２００７—２０１１）北冰洋经历了由卫星记录数据以来的５个最低值（图１），显示该海域夏季融冰加速，其中最大的变化在于北冰洋海冰向中心海盆退缩，而加拿大北极群岛间的海冰则逐渐消失。２００９—２０１１年夏季海冰主要分布在北冰洋中心区、格陵兰岛东侧和加拿大北极群岛的北部边缘，并且阿拉斯加和西伯利亚北部的弧状冰缘的海冰覆盖不再致密。２０１０年夏季中国第４次北极考察观测的结果显示，北冰洋中心海域（８０°Ｎ以北）海冰的覆盖率仅为７成［２］，即使是在北极点附近仍可见大片的无冰海域（图２，见彩插一），这与以往夏季冰缘和海冰盖内部都是致密的冰结构形成鲜明反差。海冰的实际变化速率远高于２００７年政府间气候变化委员会（ＩＰＣＣ）的模型预测，北冰洋在未来的３０～４０年内、甚至在２０３５年左右就将出现夏季无冰的状态［１，３］。
在海冰面积减少的同时，海冰的厚度也在减薄，２０１０年中国第４次北极考察期间测得的北冰洋中心区（８５°Ｎ以北）海冰厚度仅为１．４～１．６ ｍ［２］。多年冰（ｍｕｌｔｉ－ｙｅａｒ ｉｃｅ）在近些年损失明显，并且海冰越厚消失的速率越快。最近十年间多年冰的消失速率为此前３０年的３倍［４］，而始于２００５年的４年以上老冰的损失仍在继续，并在２０１１年夏季达到最小值，约为１９８２—２００５平均值的１９％［５］。
近年来北极海冰最小覆盖面积的显著减小和陆地淡水输入的增加导致了北极温盐跃层的明显变化，夏季盐跃层得到进一步加强，而海冰的减少也增加北冰洋对太阳光能量的吸收。北冰洋最为明显的增温出现在２００７年夏季，从２００８年至今夏季升温并没有明显的年际变化。相比２０世纪７０年代，近年欧亚海盆区盐度上升而加拿大海盆盐度下降，波弗特涡（Ｂｅａｕｆｏｒｔ Ｇｙｒｅ）海域则出现了最大的淡水异常。２００８年３～４月份对加拿大海盆和马卡若夫海盆的观测显示，淡水总量增加了８ ５００ ｋｍ３，导致海表动力学形态以及波弗特涡表面地转流和淡水输运的重大变化［６］。
与此同时，受大气中ＣＯ２浓度增加和海冰融化的影响，在北冰洋中心区次表层［７］、楚科奇海陆架区［８］和加拿大北极群岛外流北极水［９］中都发现了海洋酸化现象。无冰海域面积的增加提高了海洋对大气中ＣＯ２的吸收，而上层海洋的淡化降低了碱度、无机碳和钙离子的浓度。楚科奇海夏季浮游植物高产量驱动有机碳的向下输送，沉降至海底的有机物分解ＣＯ２将增加海水次表层的ＣＯ２分压，并导致海水ｐＨ值下降，这种季节性的生物影响进一步放大了海洋因吸收人类排放的ＣＯ２造成海洋酸化的影响［８］。
２北冰洋生态系统特征
图３（见彩插一）为北冰洋生态系统示意图。北冰洋主要由生长在冰底的冰藻和水体中的浮游植物通过光合作用吸收ＣＯ２和提供生态系统的初级产量，为浮游动物提供食物来源。春季冰缘浮游植物水华（ｐｈｙｔｏｐｌａｎｋ－ｔｏｎ ｂｌｏｏｍ）是北冰洋初级生产的主要贡献者。浮游动物作为食物被鱼类摄食，而鱼类为海豹等高营养级动物提供食物来源。北极鳕是北冰洋食物网的一个关键物种，这一丰富的鱼类是浮游生物和大型动物间的主要纽带。北极陆架区存在一个丰富的底栖生物区系（图４，见彩插一），而最近包含大量全球底栖生物量分布的评估也证实了原有的结论，即北极陆架海域的生物量要高于低纬海域。冰藻、浮游植物和其他生物碎屑沉降至海底，为底栖动物提供食物来源。
北冰洋生态系统与中、低纬度海洋生态系统最显著的差异在于：北冰洋因海冰的常年存在，支撑了一个与冰密切相关的生态系统。北冰洋全年有冰的历史延续了至少８０万年，造就了一个适应冰区环境的生态系统，例如：冰藻能在低温的冰内生存并在浮游植物很低的季节为浮游动物提供宝贵的食物来源，有的浮游植物种类能在极夜完全无光的冰下水体环境通过混合营养（吸收水体中的溶解有机碳而不是传统意义上的通过光合作用吸收ＣＯ２）的方式而生存；北极鳕的血液中存在抗冻蛋白，防止低温下血液的凝结和确保在冰区运动自如；北极熊、海象、环纹海豹和北极露脊鲸等北极标志性海洋哺乳动物依托海冰平台产崽、休息和迁移；北极熊毛色与冰雪环境一致，确保能在冰雪环境中隐蔽自己，而黑色的皮肤则能尽可能多地吸收阳光的热量；独角鲸、白鲸和北极露脊鲸能在冰下活动，并能在广袤的海冰盖中寻找到冰裂隙进行呼吸；环纹海豹和髯海豹通过在海冰打呼吸孔呼吸并上冰休息；海象在海底捕食的间隙依托浮冰进行休息。
值得一提的是，由于海冰的覆盖导致海洋藻类无法获取足够的阳光进行光合作用，北冰洋中心区被认为是地球上产量最低的海域，初级产量仅为１４ ｇ／（ｃｍ２•ａ）。在海冰覆盖期间，冰藻产量起着重要的贡献，可为大洋和底栖生物区系提供重要的食物来源，同时冰藻在春季的释放可以成为浮游植物水华的种子［１０］。冰藻产量对总产量的贡献在陆架海域最低（１０％），而在北冰洋中心区可超过５０％［１１］。