高考地理中的北极放大效应及其影响
高考地理中的北极放大效应及其影响
北极地区是全球气候变化响应最敏感的区域，其地表气温的增暖速度是全球平均的2-3倍，这种现象被称为北极放大效应。本文将深入探讨北极放大效应的原因、影响及其带来的科学挑战。
北极放大效应的原因
海冰—反射率正反馈
白色冰雪对太阳辐射具有反射作用。全球气候变暖导致北极地区海冰消融变成开阔水面，海冰的反射作用消失，海水吸收和储存了更多的太阳辐射，进而加热近地面空气。更暖的气温又使得海冰进一步减少，形成海冰—反照率正反馈，加速了北极的升温速度。
大气温度反馈
根据普朗克定律，在同等外部辐射强迫下，绝对温度越低，达到能量平衡所需的温度调整越大。由于北极地区的绝对温度明显低于中低纬地区，在同等辐射强迫下，北极地区需要更高的增温来达到新平衡。此外，北极地区的增温主要发生在大气低层，对地表温度升高影响更显著。
云和水汽反馈
水汽是一种重要的温室气体，能够吸收大气中的太阳长波辐射并储存热量，增强大气的保温作用。全球气候变暖导致北极地区海水蒸发增加，大气中水汽容量增多，对应的云量也会增多，进一步增强大气的保温作用，造成北极地区升温。
除上述机制外，大气环流和洋流也能将低纬度的水汽和热量输送到北极。气象学者提出了多种关于北极放大效应的物理机制，包括海冰融化、云和水汽增加、中纬度热量输送以及海洋热量输送等。然而，北极变暖的速度仍超出了预期，说明还有许多未解之谜。
北极升温和海冰减少的影响
对生态系统的影响
北极陆地和海洋生态系统正在发生变化。陆地上，积雪快速融化，植被覆盖增加，树线北移；海洋中，温度和光照的增加促进了浮游植物的生长，鱼类等随之北上，渔业资源也北移。这些变化可能给寒冷生态系统的微妙平衡带来重大破坏。
对碳循环的影响
北极是目前地球上碳源汇格局变化最剧烈的地区。一方面，地表大量营养盐物质在冰层融化后被冲刷入海，有利于海洋植物的生长，加强了碳从海洋表层向深层的转移和埋藏；另一方面，冻土层加速融化加剧了土壤中甲烷和二氧化碳的释放，海域的扩张也加大了浮游生物对二甲基硫等温室气体的排放。总体来说，北冰洋是大气二氧化碳的“汇”，但这个“汇”的未来变化尚不得而知。
对气候和极端天气的影响
北极地区发生的海—冰—气相互作用过程对北半球的气候和极端天气产生了影响。北极海冰面积减少会导致北半球冬季大气环流场的变化，造成中纬度气压降低和高纬度气压升高，给北半球国家带来频繁的寒潮与暴雪，甚至影响雾霾的扩散。此外，冰层的融化也会导致海平面的升高。据估算，如果格陵兰岛的冰川全部融化，全球海平面将上升约7米。
北极变化带来的经济机遇与挑战
北极的快速变化也带来了一些新的经济机遇，如北极航道通航能力增强，油气、渔业等资源开采条件改善。然而，对于北极，我们已知的还很少，未知的还太多。未来，对北极变化情况及其生态效应影响还需开展更多的科学研究。在此基础上，各国也应立足长远，为应对气候变化、规范北极治理积极展开磋商和合作。
1982-2007年北冰洋较厚冰层逐渐减少
在正常年份，北极的海冰面积在3月份时到达最大值16000000平方千米，9月份时经过一整个夏季的融化，到达最小值7000000平方千米。因为海冰的反照率远远大于海水，所以冬季时可以反射而不是吸收更多的太阳能，夏季则相反。数百万平方千米的冰盖与海水之间的切换，对全球气候都能起到影响，对北半球中高纬度的影响尤其明显。
极地涡旋的影响
极地涡旋是影响气候的重要因素，它是大气高层的紧密旋转气流。漩涡可以将极地温度极低且密度较大的空气，一直通向上空的平流层，就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气，把冷空气限制在北极地区。它的形成源于地球高低纬度之间的气压差（也就受到温度差的影响）。北极与赤道的温差越大，极地涡旋也就越稳定，越能将冷空气锁定在极地。
南极大陆更冷，周边陆地更少，涡旋更强更稳定，目前还没有发生什么变化。而在陆地占比比较大的北半球，气流交换的干扰作用更加明显，所以北极极地涡旋的受干扰因素更多。一旦极地涡旋偏弱，留出的空间就会被较为温暖的气团北上占据，挤压极地涡旋原本的空间。受到挤压的极地涡旋影响范围就变得不再稳定、规则，北极气团就可能被“挤”到更靠南的地方。
严重时，极地涡旋本身也会发生分裂。正常情况下，北极涡旋会分裂为两个，分别分布在加拿大的巴芬岛和西伯利亚东北部，它们分别控制着西北半球和东北半球的高纬度气流，这种情况也还算稳定。
全球变暖越来越显著，这导致海冰减少，反射减弱，吸收更多太阳热力，海冰进一步减少的恶性循环，所以出现了非常反常识的现象——北极升温幅度接近其他地区平均升温幅度的三倍。北极比赤道暖化更快也就意味着两者之间的温差正在减弱，大气环流也因此受到影响。继而，它减弱了极地涡旋和西风急流，使西风急流较为波动，有利于北极冷空气南侵。
所以在过去四十年，极地涡旋的偏弱的趋势在逐渐明显，在近年来终于愈发明显地出现分裂。在最严重时分裂为杂乱无章的数个，并南下到北半球中高纬地区，这也就解释了为什么在2010年代，美国东北部的冬季变得更加严酷。
除了极地涡旋减弱的大环境，发生于赤道中东太平洋的拉尼娜事件，对这个尤其寒冷的冬季也起到了推波助澜的作用。拉尼娜现象源自东南信风吹走了太平洋东部被晒热了的表层海水，导致底部寒冷的海水上翻，赤道太平洋中部和东部海洋表面温度的大尺度降温，并影响热带大气环流，进而影响风和降雨量。它对天气和气候的影响通常与厄尔尼诺现象相反，对中国来说，增加冷冬出现的概率。