1979年至2023年间,格陵兰和南极冰盖共损失11.309万亿吨冰,导致全球平均海平面上升31.4毫米,其中84%的冰损失来自冰川加速向海洋输送,仅16%源于冰盖表面融化。
半个世纪的卫星观测拼图
冰盖质量平衡比对计划(IMBIE)团队汇集了42项独立卫星观测结果,涉及27次卫星任务,并利用早期“陆地卫星”档案将格陵兰岛的观测记录追溯至1972年,南极洲追溯至1979年。这一时间跨度在极地观测史上属于首次系统整合。
数据显示,格陵兰岛贡献了海平面上升幅度中更大的份额,南极洲贡献了13.3毫米。从比例上看,约60%的冰量损失来自格陵兰岛,约40%来自南极洲,而格陵兰岛面积仅约为南极洲的八分之一。冰盖对气候变暖的响应,是未来全球海平面预测中不确定性较大的来源之一。如果将冰盖失稳风险纳入考虑,到2150年最高情景下的全球海平面上升预测值将达到未考虑这一风险时的2.6倍。
损失加速的量化轨迹
格陵兰冰盖的年均冰量损失从20世纪80年代的约600亿吨增加至21世纪10年代的约2640亿吨。南极冰盖则从约480亿吨增加至约2020亿吨。两个冰盖的损失速率在四十年间分别增长了约3.4倍和3.2倍。
Copernicus气候服务的数据进一步细化了这一轨迹。格陵兰冰盖在1972年至2025年底期间累计损失5747±467Gt,对海平面上升的贡献为16.0±1.3毫米。南极冰盖在1979年至2024年底期间累计损失4876±530Gt,贡献了13.5±1.5毫米。格陵兰冰盖自1996年以来每个水文年都处于质量亏损状态。
值得留意的是2020年至2023年间出现的短暂放缓。东南极异常偏多的降雪暂时增加了当地冰量,格陵兰连续几个较凉爽的夏季也使冰面融化量大约减少了一半。研究团队指出,这些变化属于短期波动,并未改变冰量持续减少的长期趋势。
冰川入海为何占据主导
两大冰盖损失的冰中,84%是因为冰川加速向海洋输送了更多冰,只有16%来自冰盖表面融化。这一比例结构意味着,冰盖质量的减少更多取决于冰川的流动速度,而非气温直接融化的冰面。
南极洲的净冰量损失全部来自外流冰川受到的海洋融化作用。西南极洲的松岛冰川和思韦茨冰川,排冰量在研究覆盖的每个十年中都持续增加。
东南极托滕冰川盆地的研究提供了更精细的观察。一项整合2002年4月至2023年12月GRACE/GRACE-FO卫星重力数据的研究显示,该盆地整体呈显著质量损失趋势,速率达-17.93±0.43Gt/yr,其中2015至2020年融化加速尤为明显,加速率达-0.54±0.07Gt/yr²。该研究指出,温暖绕极深层水入侵引发的底部融化的影响程度可能超出此前预期。
格陵兰冰盖的表面融化过程同样存在被低估的反馈机制。一项发表在《自然·通讯》的研究利用卫星产品和无人机影像发现,融水池塘在冰盖表面的辐射效应比卫星方法预测的强3至4倍。冰盖消融区上部存在数千条狭窄溪流和小型水池(面积小于100平方米),这些小尺度融水特征合计占融水总面积的50%以上,但中等分辨率卫星影像无法分辨。
追踪冰盖的卫星技术体系
合成孔径雷达(SAR)卫星通过主动发射电磁波并记录地表反射信号,具备昼夜观测能力和近乎全天候的工作条件。像素偏移追踪方法尤其适用于大尺度冰川运动监测,可以识别冰川在不同方向上的位移距离。
CryoSat-2卫星搭载的先进SAR干涉雷达高度计(SIRAL),能够在复杂地形条件下更精确地测量冰盖表面高度。一项基于该卫星2010至2025年测量数据构建的15年冰盖高程记录,使用约10000次机载地形测绘观测和超过300万次ICESat-2测量进行验证,84%的评估数据在0.1m/yr的范围内保持一致。
重力测量是另一条独立的技术路径。GRACE及GRACE-FO卫星通过高精度星间测距技术,捕捉由冰盖质量变化引起的地球重力场时变信号。欧洲空间局正在推进的CRISTAL任务将首次搭载双频雷达高度计和微波辐射计,同步测量海冰厚度、积雪深度和冰盖高程,为极地监测提供新的数据维度。
3.14厘米背后的沿海暴露
全球平均海平面每上升1厘米,全球约有600万人面临沿海洪水暴露风险。格陵兰和南极冰盖对当前海平面上升的贡献约为全球总量的四分之一。
如果冰盖完全融化,格陵兰冰盖将使全球平均海平面上升约7.4米,南极冰盖将上升约57.9米。这两个数字并非短期预测,而是说明了冰盖中储存的淡水总量规模——极地冰盖储存了地球约68%的淡水资源。
南极冰盖的短期贡献预测存在较大不确定性。IPCC第六次评估报告指出,在高排放情景下,如果南极冰盖发生大规模崩塌,到2100年全球海平面累计上升幅度可能超过2米。学界对南极未来几十年“实际可能贡献量”的稳健估算仍不充分,而这一时间段恰好是沿海基础设施规划和政策制定较为关键的尺度。
持续开展长期卫星观测,对于认识冰盖变化、检验模型和改进未来海平面上升预测具有基础性作用。从1972年的早期卫星档案到正在规划的CRISTAL任务,极地冰盖的观测记录在半个世纪中逐步从零散走向系统。每一组新的数据都在修正此前估算中的偏差,也在缩小海平面预测中的不确定区间。
