震撼！用圖解來看氣候改變對北極的影響

自1979年我們開始用衛星監測以來，北極海冰的範圍在2012年9月16日縮至最小。這張照片以北極為中心，由美國國家海洋和大氣局的Suomi-NPP衛星於2012年9月2日拍攝的多張照片拼合而成。

供圖：NASA

撰文：Betsy Mason

雖然地球的平均溫度在緩緩上升，但北極地區變暖的步伐則要快得多——甚至快兩到三倍。12月22日，北極點附近的浮標氣象站報道稱，北極氣溫已升至融點零度。最近的研究也表示：至少4.4萬年以來，上個世紀里北極的夏季平均氣溫達到最高。

地圖和視覺化數據分析清楚地告訴我們：全球變暖並非謊言。

現在有了衛星、海洋浮標和配有仰視聲納的潛艇來追蹤海冰範圍、厚度和體積，科學家所得到的關於北極的信息越來越全面。這些測量結果不斷刷新著北極最高氣溫和最小冰面積的記錄。2012年，海冰全年平均範圍比1979年縮減了330萬平方公里。今年年初，冬季海冰面積又縮小了160萬平方公里，達到歷史最小。

像這樣的數字就已經夠讓人擔心的，但信息轉化為地圖和圖表之後，問題就顯得更嚴重了。從大氣變暖和冰川融化到苦苦掙扎的北極熊再到即將開建的新航道，本文將為你介紹11幅北極變化的圖片。

這是從1979年至2014年，北極冰川的範圍縮略圖。

供圖：NASA SCIENTIFIC VISUALIZATION STUDIO

NASA的這張圖表運用了數據可視化的先驅者Edward Tufte所推廣的small multiples的概念，即摒棄了一張大而全、容易讓人困惑的圖表，而是一個接一個地排列出大量類似的圖像，以便於比較。這種方法非常適合視覺展示以時間為標準的變化量。

上圖表展示的是從1979年至2014年上半年的每個月，北極海冰的範圍。（由於圖片是在2014年製作的，當年下半年的數據沒有收錄進來。）從上到下，每一行顯示了從1月至12月，海冰面積縮減又再次擴大的過程。從左至右，你可以看到結冰量每年在慢慢變少。這種情況在9月（倒數第四行）時特別明顯，那時海冰範圍降至最低點。

根據科學家們所用的預測方法不同，北極夏季海冰完全消失的時間也有所差別，有說到下個世紀下半葉，或者下個世紀中期，也有說不到10年。

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正如上面這個動態圖表裡的曲線所反映的，海冰範圍在一整年裡會有所波動。但從1979年至2016年，我們可以清楚地看到整體趨勢是在變少。

供圖：NASA』S EARTH OBSERVATORY

12月6日NASA的地球氣象站發布了這個動態圖表，這是海冰範圍的另一種可視化結果。從1979年至2016年，整個呈緩慢而又穩定的下降趨勢。你還可看到下降趨勢中的變化，這就是為什麼一兩個冬天海冰面積擴大並不能作為證據，來證明下降趨勢發生了逆轉。

2012年，夏季海冰的面積降至歷史最低點，明顯小於任何一年。儘管在今年9月，這條線在最低點之上，但到了10月下旬，卻跌到了2012年同期水平之下。海冰面積連續三年創下歷史新低。

最新的交互圖表由國家冰雪數據中心提供。

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這四張北極地圖來自1999年至2014年出版的《國家地理地圖集》，展示了海冰的變化情況。

供圖：NATIONAL GEOGRAPHIC MAPS

北極的變化也吸引了地圖繪製師的注意。去年，總統奧巴馬以此為證，表示美國已經看見了氣候變化的影響，他說：「冰蓋的退縮迫使國家地理對世界地圖做出了自前蘇聯解體後最大的改動。」

在上面這張動圖裡，你可以感受到奧巴馬所說的變化。最後一張圖片來自於2014年出版的第10版《國家地理世界地圖集》。在那張地圖上，白色部分是從2012年開始形成的多層冰，劃線部分是海冰的最大範圍。

為每一年，每個季節都有所變化的地方繪製一幅地圖是個很大的挑戰。

1979年以來，每天北冰洋海冰體積大小用PIOMAS重新描述，產生了一個線條向內旋轉且不斷縮小的圖片。Andy Robinson已經製作這張圖很多年了。

供圖：DR. ED HAWKINS, UNIVERSITY OF READING

今年早些時候，國家大氣科學中心（NCAS）的氣候學家Ed Hawkins繪製了一個動態螺旋，用以展示從1850年至2016年之間，全球平均氣溫的上升情況。這張圖很快流傳開來，在臉書和推特上獲得了幾百萬的瀏覽量，其中一個版本甚至還出現在了里約奧運會的開幕式表演中。

那是Hawkins繪製的北極海冰體積從1979年至2016年的動態螺旋圖。由於海冰的季節性波動，這個螺旋圖向一側傾斜，但整體趨勢很清晰。（另一位科學家Andy Robinson則在緩慢搭建靜態的「北極的死亡螺旋」，按月份分離整體趨勢，追蹤海冰在每個月的體積變化。）

Hawkins繪製的螺旋圖不止於此，還包括大氣中的二氧化碳濃度和3D氣溫螺旋圖。另一位科學家Jay Alder受到他的啟發，繪製了一幅預測未來溫度上駭人聽聞的螺旋圖。

紅色的地方代表2010年10月至2011年9月的平均氣溫高於1981年至2010年的平均氣溫的地方。

供圖：NOAA

北極發生的所有變化全部都源於氣溫上升。上面這個可視化圖片展現了2010年10月至2011年9月的北極表面溫度，並和此前30年的數據進行對比，顯示出變暖的幅度。在這張圖上，科學家曾經的預測實現了：和地球上的其他地方相比，北極變暖的速度要快兩到三倍。

造成這種差異最大的原因之一在於北極的反饋環。亮白色的冰比深色的海水反射的太陽輻射更多，而氣溫上升導致海冰融化，更大的海洋表面會吸收更多的太陽輻射，區域溫度上升，從而導致更多的冰融化。

表面的相對反射率被稱為反照率（albedo），這個循環即冰反照連鎖回饋效應（ice-albedo feedback loop）。

紅色是2000年至2014年太陽輻射吸收的增加情況。在深紅色對應的地方，反射性強的海冰已融化成了顏色更深的海水。

供圖：NASA SCIENTIFIC VISUALIZATION STUDIO

從2000年至2014年，反射性強的海冰融化成了顏色更深的海水。海水又水導致北極對太陽輻射的吸收率上升了5%。整個北冰洋增加的平均值有10萬每平方米，而在那段時間裡，全球其他地方几乎沒有什麼變化。

上面這張圖片顯示了吸收率增加最多的地方：阿拉斯加、加拿大的育空地區和西北地區以北，即波弗特海。在這裡，海冰的損失尤其明顯，減少量達50瓦每平方米。

在北極的大部分地方，生長季變得越來越長。

供圖：NOAA

北極的氣溫上升意味著生長季的時間更長、植物更茂盛。利用衛星測量地表反射的可見光和近紅外光，科學家可以量化並繪製綠色植被的覆蓋情況。上面這張地圖顯示的是從1982年至2012年，生長季高峰期植被的變化情況。

在北極，由於散布著更高的灌木和樹，幾乎整個苔原都變綠了。造成這個結果的原因有很多，包括氣溫上升、積雪層減少、大氣環流模式改變。科學家預計，自1982年開始，北極的生長季每10年延長了9天。

我們現在仍不清楚，從長遠來看苔原植被的增加會對凍土造成怎樣的影響。但永久凍土會造成未來氣候變暖：它們的消融會釋放甲烷，這種強力溫室氣體會進一步加劇氣候變暖。

在北極，生活著19個北極熊亞種群。其中一些受到氣候變暖的影響更早。

供圖：NOAA

生態系統受到威脅，食物鏈頂端的大型動物常常能代表代表所有動物面臨的困境；在北極，北極熊正扮演了這樣的角色。這不僅是因為它們長相可愛，還因為北極熊的問題總是頗具戲劇性。它們總是抱著一小塊浮冰，試著向越來越遙不可及的食物源游過去，這樣的照片已然成為氣候變化結果的標誌性作品。

但由於這樣那樣的原因，北極熊與氣候改變的故事非常複雜。正如上圖所顯示的，在北極，生活著每一個北極熊種群都面臨著不同的環境挑戰。其中四種北極熊的數量在下降，五個相對穩定，只有1個在增長。還有剩下的一半，尚未得到足夠的數據。

隨著海冰減少，北極航線將會開放。上圖預測了未來幾十年里，溫室氣體低排放（左）和高排放後，將會開放更多路線，許多類型的船只得以航行更長的時間。

供圖：MELIA ET AL, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS

隨著北極海冰消退，開放水域將增多，船隻航行的機會也會變多。今年9月發表在《地球物理研究通訊》上的研究預測，在未來幾十年內，北冰洋將成為貨船往來太平洋和大西洋之間的捷徑。今天，大多數從歐洲前往東亞的船隻需要通過蘇伊士運河，花費一個月的時間。從北美經由巴拿馬海峽前往東亞，平均需要25天。到本世紀末，各種穿越北極的路線將會大大縮減航行時間，從北美和歐洲出發，將分別節省出四天和近兩周的時間。

上圖顯示的是可能開放的路線，其中有針對海冰的內置保護措施（粉色）和定期航行在開放水域中的船舶（藍色）。左邊是溫室氣體排放量較低的情況，右邊則是高排放。你會看見，隨著時間推移，越來越多的海冰消失後，航線開始向直線靠攏。

新研究預測，低排放情況下，到本世紀末，北極每年將開放4到8個月；高排放的話，則是10到12個月。不過也有一個好消息：研究人員指出隨著航線縮短，船舶的排放物也會減少。