《全球生态环境遥感监测2022年度报告》出炉中大团队促进北极可持续发展

　　1月17日，科技部国家遥感中心发布《全球生态环境遥感监测2022年度报告》，其中中山大学测绘科学与技术学院团队负责的“北极地区冰雪与植被变化”专题引起关注。该学院院长程晓教授说，“近20年来，由于全球增温及受北极‘放大效应’的影响，北极冰雪与生态环境正在发生快速变化，是全球气候变化的风向标。”

　　据介绍，“北极地区冰雪与植被变化”专题是2020年南极冰盖变化专题的拓展和延伸。该专题综合利用风云三号等国内外多源遥感数据，监测了北极海冰、格陵兰冰盖和北极植被，分析了其时空格局及变化特征，评估了大气、海洋和人类活动等主要要素的影响。程晓教授表示，“报告为开展北极环境变化对全球气候变化的响应研究和应对全球气候变化提供科学依据，将促进北极地区的可持续发展。”

　　中大测绘科学与技术学院黄华兵教授告诉记者，近年来，随着我国自主的遥感卫星监测网络体系逐渐成形和日益完善，国产卫星数据在大范围，尤其是北极海冰监测中发挥越来越重要的作用。本次任务使用的风云三号系列卫星的微波辐射成像仪，已积累超过10年的观测资料。“由于欧美卫星的更替间隔与后续计划的延迟，连续观测的风云卫星的重要作用更加凸显。团队利用风云三号系列卫星等多源遥感数据，自主研发了海冰密集度、海冰类型等极地海冰遥感数据产品，是北极海冰变化监测的中流砥柱。”

　　报告指出，北极海冰覆盖范围呈缩减趋势，一年冰逐渐取代多年冰。2002-2021年，北极海冰覆盖范围受气候与海洋影响，在监测期内呈现波动下降，年内最小海冰覆盖范围（9月份）的下降速率为10.1万平方公里/年，缩减范围超过200万平方公里（占2002年最小海冰范围的近40%），相对而言，年内最大海冰覆盖范围（3月份）下降速率较小。20年内，多年冰覆盖范围急剧减小，冬季多年冰在总海冰覆盖范围中的占比从28%下降到13%，多年冰逐步被一年冰取代；一年冰覆盖范围呈持续蔓延趋势，增长速率为5.9万平方公里/年。

　　黄华兵教授指出，北极地区冬季极夜期间的低温，以及夏季极昼期间的持续太阳照射使得北极海冰覆盖范围呈现冬季高、夏季低的振荡变化特征。受不同纬度太阳高度角的影响，北极海冰呈现出以北极点为中心，向低纬度逐步减少的分布特征；在洋流和大气环流的影响下，不同区域的北极海冰又进一步呈现出不同的分布特征。

　　助理教授叶玉芳告诉记者，由于地球系统的反馈机制，北极海冰变化导致开阔水域面积增大，这会使得太阳辐射吸收增加，温度进一步升高，从而加剧了海冰的缩减。“就像潘多拉的盒子一旦开启就难以中止。随着海冰的快速消融，一系列新的现象和问题开始出现，例如北极熊的生活方式会因此改变。”

　　报告显示，格陵兰冰盖表面融化的年际波动显著，冰面水系面积年际变化显著，冰川边缘线年，格陵兰冰盖所有区域都发生过表面融化，融化发生频度高且强度较大的范围主要分布在冰盖边缘地区。20年来，格陵兰冰盖融化的年际波动显著，但融化范围总体上未表现出明显的变化趋势；同一时期，格陵兰冰川边缘线整体呈退缩变化，且各区域冰川边缘线年，格陵兰冰面水系年平均面积约1万平方公里，空间覆盖范围年际变化显著。高分遥感监测发现，冰面河占冰面水系面积的89.4%，是格陵兰冰盖冰面水系的主要组成部分。

　　数据表明，近20年来，北极地区的变暖速率超过全球平均变暖速率的2倍，导致北极地区冰雪与植被正在发生快速变化。黄华兵教授分析称，气候变暖一方面导致北冰洋海冰持续融化，破坏北极地区原有的水热平衡，另一方面加剧格陵兰冰盖物质损失，造成海平面上升。

　　他强调，海冰退缩、陆表季节性积雪减少以及格陵兰冰盖消融面积增加，减少了地表反射，提高了北极地区海表与陆表对太阳辐射的吸收，进一步加剧了北极的增温；格陵兰冰盖融化导致海平面上升，影响沿海城市与岛屿的社会经济、自然环境与生态系统。

　　值得注意的是，北极陆地植被绿度快速增加，并在最近五年有加速“绿化”态势。报告称，2002-2021年，77.4%的北极陆表区域绿度增加，相当于整个亚马孙雨林的面积（约550万平方公里），其中绿度显著增加的区域占北极陆表面积的四分之一。高纬北极区域植被的“绿化”幅度整体大于中低纬北极和泛北极区域，“绿化”现象突出区域集中在阿拉斯加北部和西伯利亚楚科奇等地区。

　　据分析，北极植被绿度与气温、季节性积雪、人类活动等因素显著相关。有近六成的北极陆表面积同时呈现融雪提前且植被绿度增加；北极植被绿度与夏季温暖指数亦呈同步变化趋势；北极植被绿度对人类活动的响应则表现出两面性，人类活动减弱的区域呈现植被“绿化”，而新增的人类活动区域呈现植被“褐化”。本次报告首次对于北极地区人类活动区域的植被变化情况进行了深入分析。

　　黄华兵教授认为，北极气温升高和降水增加同时还导致了北极陆地植被的绿度提高、返青期提前和生长季延长，对陆地生态系统造成重要影响。气候变暖导致的北极冰雪与生态环境变化还直接影响到400万北极地区永久居民的福祉。“大范围的植被‘绿化’通常指示了该地区植被生产力的提高，影响着该地区的生态系统服务功能，并对野生动物的栖息地和气候系统产生影响。这些变化将会阻碍联合国可持续发展目标的实现。”

　　据了解，作为唯一的生产者，植被是北极陆地生态系统的重要组成部分，对维持全球物质循环和能量流动具有不可替代的作用。受气候变化等因素的影响，北极植被在过去几十年呈现快速变化趋势。本次发布的报告首次将北极陆地植被变化纳入遥感监测主题，对于揭示全球变暖背景下的陆地生态响应具有重要的参考价值。

　　如何利用卫星遥感信号刻画和表征北极植被变化是个重要问题。测绘科学与技术学院副研究员刘冲告诉记者，要客观高效地反映北极植被变化情况，首先就需要把定性的地物描述转化成定量的“遥感语言”。为此，研究团队收集了过去二十年以来逐旬的北极地区卫星影像，并采用年际植被指数达峰值作为主要评价指标分析植被动态变化情况。遥感研究中的植被指数和植被总体呈现出的绿度密切相关，植被指数增长表明植被更多，长势更加茂盛。

　　刘冲说，一方面，更绿和更多的植被有可能吸收更多的二氧化碳，但另一方面，植被种类和结构也会发生变化，例如越来越多的苔原植物被灌木侵占，由此引发的系列生态效应还有待深入评估。“在今后的北极开发和治理过程中，需要科学地平衡社会经济和自然环境的关系。”

　　记者留意到，海冰的减少带来的并不都是负面影响。报告提到，北极海冰变化呈现明显的空间差异，海冰显著减少的区域主要集中在欧亚及阿拉斯加以北的北冰洋区域，这为北极东北航道的开发利用提供了有利的条件。

　　黄华兵教授介绍说，上述区域今后有望不再常年被海冰覆盖，途径这些海域的北极东北航道将因此得以开通。该航道西起欧洲西北部，经欧亚和西伯利亚的北部沿岸，穿过白令海峡到达太平洋，是从欧洲到亚洲的最短海上航线。利用北极东北航道，我国沿海诸港到欧洲各港口比传统航线%的里程，北极东北航道的开通将大大缩短我国与欧美之间的距离，拥有巨大的商业价值。

　　近年来，中国的极地研究队伍和研究水平得到了长足的发展，国家对极地的关注也与日俱增，正在快速行动，应对极地气候变化。

　　科技部在“十四五”期间专门设立了“深海和极地关键技术与装备”的重点专项，旨在提升极地领域基础研究能力，建立多学科协同立体持续观测体系，为北极航道开发、应对极地气候变化等提供重要支撑，支撑国家海洋强国战略实施。

　　据悉，中大长期从事全球变化与极地遥感监测研究，通过建设我国高校唯一的极地科考船——“中山大学极地”号和运维我国首颗极地遥感小卫星“冰路”卫星，形成了极地遥感监测的特色和能力。

　　自2020年以来，程晓教授团队负责了科技部该系列报告极地专题“南极冰盖变化”与“北极地区冰雪与植被变化”年度报告。中大通过中国高校极地联合研究中心、中山大学极地研究中心等联合武汉大学、国家卫星气象中心、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院和学等极地研究力量，同时中大通过GEO（地球观测组织）积极开展国际合作，与俄罗斯、挪威、智利、加拿大等极地国家一道加强极地遥感监测与气候变化研究，促进北极地区的可持续发展。