改造前冰上的雪龙号（摄影 / 陆龙骅）

北极

青藏高原

南极

南极地区，通常指60°S以南地区，这是一块被海洋包围的冰雪大陆;北极地区，通常指北极圈（66°33′N）以北地区，这是一片被大陆包围的冰雪海洋;青藏高原平均海拔4000米以上，有世界屋脊之称，是地球的第三极（高极）。南极、北极和青藏高原素有地球三极之称，又有企鹅、北极熊和藏羚羊等标志性动物生活在其中。多年来，笔者一直从事青藏高原、南极和北极科学考察和全球变化研究，曾8次上青藏高原、2次去南极、3次到北极进行科学考察。科学家为什么要考察地球三极，难道是它们与全球气候变化有关？

 三极标志性动物——企鹅、北极熊和藏羚羊（绘图 / 王叙）

 1976年，陸龙骅研究员等在唐古拉山口参加青藏铁路科学考察

 1988年，陆龙骅研究员在南极中山站进行首次气象观测

 2002年，陆龙骅研究员在北极苔原考察

地球三极，没你不行

南极、北极和青藏高原地区包含了全球气候系统（大气、海洋、陆地、冰雪和生物五大圈层）相互作用的全部过程。因此，它们是全球气候变化的关键区。

极地是地球大气的主要冷源，特别是南极洲95%以上地区被冰盖、冰架和终年不化的积雪所覆盖，储存了全球冰雪总量的90%以上，具有能使全球海平面升高58.3米的水量;北极地区冰雪覆盖量也不少，其中格陵兰冰盖也具有能使全球海平面升高7.4米的水量。如若南北极的冰都融化，将使全球海平面升高约66米。而要南北极的冰全部融化，则相当于地球平均温度要升高12℃，这在近数千年内都是不太可能的。此外，极地冷水通过沉降从海底向较低纬度地区输送，在全球海洋温盐环流中起启动作用;极地海冰是极地下垫面季节和年际变化的最大特征，影响着全球气候系统。

青藏高原高耸在中纬度地区的对流层中，是大气的热源，它的热力和动力作用，不但影响中国的天气气候，而且对东亚以至全球大气环流都有重要影响。长江中下游是中国气候和生态条件最好的地区，云南西双版纳的热带雨林更是中国的绿色明珠，这一切都得益于青藏高原的隆起，如果没有青藏高原，长江中下游和西双版纳等地，将与位于30°N干旱带的北非和中东地区一样成为沙漠和干旱地区。

地球三极既是影响全球气候变化的敏感区，也是目前全球受人类活动和环境污染影响最少的地区，因此，考察地球三级对了解人类活动与全球环境变化的关系和影响程度也同样重要。

北半球的人们对来自北极地区的冷空气活动的影响都有深切体会。2008年春，中国南方的低温雨雪冰冻灾害就与北极的冷空气频繁活动、路径偏西及青藏高原南侧和西太平洋的暖湿空气活跃等有关。同样，南半球的冷空气活动对北半球的大气环流和天气气候也会产生影响。

除了影响现在的气候，三极地区冰冻圈的冰雪及沉积物等也保留着地球气候变化的详细记录。在青藏高原及周边地区，从树木年轮中就可获取千年尺度的大气温度和降水变化代用资料;南北极和青藏高原钻探的冰芯和岩芯包含了长达数亿年以来的全球变化记录。科学家对南极东方站和DOME-C冰芯进行的同位素、气泡成份及微量物质的研究，就获得了近42万年和近74万年以来南极地区温度和CO2等痕量气体浓度变化的信息。科学家通过对南极企鹅粪、海豹毛等沉积物中的元素的分析，发现了近几千年来企鹅、海豹数量的变化及其与冰盖进退、环境变化之间的关系。极地是地理和地磁极点所在地，因此也是进行有关极光和电离层、磁层、平流层-对流层相互作用探测和日地关系研究的绝佳场所。

地球三极地区的气候变化了？

全球政府间气候变化委员会（IPCC）第5次评估报告指出，1880—2012年全球平均温度已升高0.85℃，全球气候变暖已是一个不争的事实。在全球变暖背景下，南极、北极和青藏高原地区的气候和大气环境也发生了明显的变化。

在北极地区，最近几十年发生了被称之为“尤娜迷（Unaami）”的快速变化。“尤娜迷”在北极因纽特语中的意思为“明天”，将北极气候环境的快速变化称之为“明天”，有“不可预知”“不可控制”和“谜一样的明天”之意。正如当初用西班牙语“圣婴”（El Nino）来命名南美西海岸东太平洋海水的异常增暖现象一样，这也是为了引起人们的广泛注意。

“尤娜迷”与北极大气环流有关，是气候变化的组成部分，它的变化对北极的生态系统与人类社会会产生很大的影响。北极地区是近百年来全球增暖最显著的区域：在某些地区，20世纪最高变暖达5℃;格陵兰冰盖边缘消融;海冰范围和厚度均在减少。

 2003—2012年南北极冰盖冰量变化（图片来源 / IPCC AR5）

 近30年来南北极地区最小月海冰覆盖面积的变化（数据来自美国国家冰雪资料中心）

 1979—2018年北极和南极春季（3月和9月）大气臭氧分布（图片来源 / https//ozonewatch.gafc.nasa.gov）

与北极地区显著变暖不同，南极地区气候变化的时空多样性更强。近50年来，南极地区的显著增温主要发生在西南极的南极半岛地区——大大超过了近百年全球平均增温0.85℃的幅度;东南极大陆增温并不明显，个别年还有降温趋势。南极大陆冰盖的融化，主要发生在西南极的南极半岛地区，而南极大陆主体的东南极地区，冰量未显著减少，有些地方冰量还在增加。近年来在西南极地区经常发生的大范围冰架融化和崩塌，在东南极地区也未发生。

在全球变暖背景下，青藏高原的气候也在变化。最近几十年高原地区的气候显著变暖，其平均增温幅度较北半球和全球增温的幅度还要大。有80%的冰川在退缩或已完全消失;冰川融水在增长，径流量在加大，高原湖泊范围在扩大;青藏高原冻土（包括永冻土）也在快速衰减。

大气臭氧层能大量吸收太阳紫外辐射，是地球生命的保护伞，全球大气臭氧变化与全球变暖一样，是人们广泛关注的又一热点。在春季，南极地区臭氧总量急剧减少，与周围地区相比，就显得南极洲上空出现一个臭氧低值的“空洞”，这就是南极臭氧洞。南極臭氧洞并不是全年都存在的，只在南极春季出现。

南极春季臭氧洞的出现，是大自然对人类敲响的又一警钟。人类活动排放到大气中的氟利昂和溴化烃等（含氯和溴）消耗臭氧层物质，在平流层低温条件下形成的冰晶云（PSCs）或液态硫酸气溶胶表面，会通过光化学反应消耗大量臭氧。而为光化学反应提供活动界面的平流层冰晶云或液态硫酸气溶胶，只有在温度低于-78℃时才出现。只有这两个必要条件同时满足，才会形成臭氧洞。

北极春季平流层温度高于南极春季，平流层冰晶云很少出现，不满足产生臭氧洞的第二个必要条件，因此，北极没有出现过臭氧洞。青藏高原上空，夏季出现的臭氧低谷与高原上空上升气流的动力交换有关，且减少的数值小，远比不上南极的减少，根本不能称之为臭氧洞。

南极、北极和青藏高原是我们地球家园最神奇和美丽的地方，对人类十分重要，地球三极的气候已发生了变化，特别是南北极地区气候变化的时空多样性很难用单一的人类活动影响来解释，因此还有大量的科学之谜需要我们去探索，期待你们的加入，地球三极在召唤你们！