中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 20?世紀(jì)?80?年代以來(lái)，隨著氣候系統(tǒng)理論的提出與發(fā)展，科學(xué)界打破了傳統(tǒng)冰凍圈科學(xué)和其他相關(guān)學(xué)科之間的界限，揭示出冰凍圈與大氣圈等圈層之間能量、質(zhì)量（如水量）和動(dòng)量交換的相互作用過(guò)程機(jī)理。冰凍圈是氣候的產(chǎn)物，對(duì)溫度和降水非常敏感，氣候條件決定著冰凍圈及其各要素的生存壽命。氣候條件與地形因素的不同，使得冰凍圈各要素的發(fā)育、分布及其變化千差萬(wàn)別，空間分布不同，生存時(shí)間各異。冰凍圈又是對(duì)全球氣候變化影響最快速、最顯著的圈層，對(duì)氣候變化具有高度敏感性。反之，把占據(jù)地球表面面積甚廣的陸地冰凍圈和海洋冰凍圈籠統(tǒng)地用均一下墊面來(lái)表達(dá)，這忽略了冰凍圈組成要素的變化特征及其內(nèi)在差別，會(huì)極大地限制氣候系統(tǒng)和氣候變化研究的發(fā)展。

現(xiàn)在，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)地球各個(gè)系統(tǒng)過(guò)程的研究不應(yīng)限定在單一的獨(dú)立學(xué)科內(nèi)進(jìn)行，如冰凍圈科學(xué)、大氣科學(xué)、水文學(xué)和生態(tài)學(xué)等，必須考慮學(xué)科之間、各組成要素之間相互作用的物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)乃至經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響的交融互補(bǔ)，才能構(gòu)成一個(gè)完整的科學(xué)研究體系。冰凍圈科學(xué)和氣候?qū)W的交叉融合，催生了一門新興的冰凍圈科學(xué)的分支學(xué)科——冰凍圈氣候?qū)W。 

冰凍圈氣候?qū)W的定義與發(fā)展

冰凍圈氣候?qū)W是研究冰凍圈與大氣圈的相互作用、影響及其反饋，并為社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展服務(wù)的科學(xué)，是一門以冰凍圈科學(xué)和氣候?qū)W為主，又涉及多個(gè)其他學(xué)科的交叉科學(xué)。冰凍圈和大氣圈的互饋?zhàn)饔煤臀锢頇C(jī)制是冰凍圈氣候?qū)W的重點(diǎn)。

在?20?世紀(jì)?80?年代之前，氣候?qū)W和冰凍圈科學(xué)是各自獨(dú)立發(fā)展的，但人們很早就注意到二者之間廣泛而深刻的聯(lián)系。一方面，早在?1939?年，蘇聯(lián)地理學(xué)家卡列斯尼克就指出，“冰川首先是一定氣候狀況下的產(chǎn)物”。隨著對(duì)這種響應(yīng)復(fù)雜性的深入研究和理解，人們逐漸發(fā)現(xiàn)冰凍圈的各個(gè)要素更應(yīng)被視為“天然的氣候指示計(jì)”（nature climate-meter），即冰凍圈各組成要素對(duì)氣候的變化，如溫度、降水和其他氣候變量非常敏感。另一方面，在早期的氣候分類中，德國(guó)氣候?qū)W家和植物學(xué)家柯本（Wladimir Koppen）給出了?6?個(gè)基本氣候類型及其區(qū)域類型，其中就包括高地氣候區(qū)（highland）、極地氣候區(qū)（polar）和低溫氣候區(qū)（microthermal）等與冰凍圈有關(guān)的氣候類型。

冰凍圈氣候?qū)W發(fā)源于?20?世紀(jì)?80?年代氣候系統(tǒng)概念的建立。現(xiàn)代氣候?qū)W引入了氣候系統(tǒng)的概念，認(rèn)為氣候是決定冰凍圈形成和發(fā)育的主要因子之一，氣候的變化影響冰凍圈的演化。冰凍圈可起到調(diào)節(jié)氣候的作用，而冰凍圈變化又對(duì)地球大氣圈的能量收支、輻射平衡和大氣環(huán)流的關(guān)鍵過(guò)程與反饋產(chǎn)生重大影響。氣候變化不單單由大氣圈內(nèi)部的各種過(guò)程所控制，而是氣候系統(tǒng)，即大氣圈、水圈、冰凍圈、生物圈和巖石圈表層這五大圈層，加上人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)（人類圈）共同作用的結(jié)果。當(dāng)代的氣候變化是指氣候系統(tǒng)變化，五大圈層中的任何一個(gè)圈層的變化，都被視為是氣候變化。

冰凍圈氣候?qū)W的理論基礎(chǔ)是以動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)為主的經(jīng)典物理學(xué)。目前，冰凍圈氣候?qū)W已由單點(diǎn)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)、過(guò)程描述、統(tǒng)計(jì)分析向機(jī)理分析、氣候系統(tǒng)數(shù)值模擬方向迅速發(fā)展，深入研究大氣圈和冰凍圈相互作用的物理過(guò)程與反饋機(jī)制，定量評(píng)估冰凍圈在全球和區(qū)域氣候變化中的作用，進(jìn)而科學(xué)預(yù)估未來(lái)氣候與冰凍圈變化。 

冰凍圈氣候?qū)W的研究?jī)?nèi)容

氣候環(huán)境在冰凍圈形成和發(fā)育中的作用

冰凍圈各組成要素都是在適宜的溫度、降水和地形條件下形成和發(fā)育的。從冰凍圈氣候?qū)W的角度看，地球冰凍圈在空間上是具有一定厚度的連續(xù)圈層，呈不規(guī)則橢球體狀（空心橢球體）。由于高度和緯度效應(yīng)，冰凍圈下邊界在赤道附近海拔高度最高處，如乞力馬扎羅冰川的海拔高度達(dá)?5?963?m。從赤道分別向南、向北，冰凍圈下邊界的高度隨緯度升高而逐漸降低，在高緯度地區(qū)下降到海平面甚至以下，如北冰洋海底發(fā)育的多年凍土。

在時(shí)間上，冰凍圈各組成要素的生存時(shí)間長(zhǎng)短不一，冰凍圈的面積和范圍都有明顯的晝夜、季節(jié)、年際和年代際變化。①陸地冰凍圈。南極冰蓋和格陵蘭冰蓋的時(shí)間尺度達(dá)數(shù)十萬(wàn)年到百萬(wàn)年之久。山地冰川的冰體從積累區(qū)流動(dòng)到冰川末端消融流失，因冰川規(guī)模、性質(zhì)、所處地形和氣候條件不同，其時(shí)間尺度從幾十年到數(shù)千年不等。積雪隨著春去夏來(lái)融化流失，在一些山區(qū)形成春汛。河冰、湖冰隨著季節(jié)轉(zhuǎn)換（冬季轉(zhuǎn)夏季）而消失殆盡。②海洋冰凍圈。海冰進(jìn)退隨季節(jié)變化，初冬形成、初夏崩解消融。一般情況下，其生存不超過(guò)?12?個(gè)月，但北冰洋的多年冰可以延續(xù)好幾年。冰架的存活時(shí)間長(zhǎng)短不一，從幾十年到數(shù)千年不等。冰山的壽命從數(shù)月到數(shù)百年不等，與大氣環(huán)流、海溫、洋流等密切相關(guān)，且與冰山本身的規(guī)模、地點(diǎn)和產(chǎn)生的時(shí)間都有關(guān)系。③大氣冰凍圈。凍結(jié)狀水體的存活時(shí)間按天甚至小時(shí)計(jì)算，與具體氣候環(huán)境條件的聯(lián)系更為緊密。

冰凍圈在天氣氣候及大氣環(huán)流形成與變異中的作用

冰凍圈在天氣氣候及大氣環(huán)流形成與變異中發(fā)揮著重要作用。在空間上，冰凍圈在全球、區(qū)域和局地尺度上會(huì)影響到天氣氣候；在時(shí)間上，冰凍圈在季節(jié)、年、多年及長(zhǎng)時(shí)間尺度上影響著氣候的變化。

冰凍圈對(duì)亞洲季風(fēng)形成與異常有重要的影響，特別是青藏高原積雪和北極海冰。通過(guò)積雪的水文效應(yīng)和反照率效應(yīng)，冬-春季節(jié)青藏高原和歐亞大陸積雪異常可以影響到后期夏季中國(guó)降水的年際變化。在年代際尺度上，過(guò)去?50?年青藏高原冬-春季積雪呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，從而引起高原上空對(duì)流層溫度降低及亞洲-太平洋濤動(dòng)負(fù)位相特征，使得西太平洋副熱帶高壓位置偏南，于是中國(guó)東部雨帶主要停滯在南方，導(dǎo)致東部地區(qū)出現(xiàn)南澇北旱。

北極是冬季冷空氣的源地，北極海冰由于其阻隔了海-氣之間的熱量交換，以及通過(guò)反照率反饋機(jī)制對(duì)北極和歐亞大陸高緯度地區(qū)的冷空氣活動(dòng)有重要調(diào)制作用，進(jìn)而影響東亞地區(qū)的寒潮和冬季風(fēng)。

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