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2019年4月23日，《自然·通讯》（Nature Communications）期刊发表题为《北极多年冻土和其他冰冻圈要素非线性退化的气候政策影响》（Climate Policy Implications of Nonlinear Decline of Arctic Land Permafrost and Other Cryosphere Elements）的文章指出，北极多年冻土层的不断减少导致碳被释放到大气中，海冰和陆地积雪融化导致地球表面吸收更多的太阳能，这两者将加速气候变化，并对世界经济产生数万亿美元的影响。4月30日，《自然》（Nature）期刊发表题为《多年冻土的崩塌正在加速碳的释放》（Permafrost Collapse is Accelerating Carbon Release）的评论性文章，讨论了北极多年冻土突然解冻对于碳排放估算和气候政策的重要性，指出北极多年冻土的突然解冻可能使冻土带释放的温室气体造成的全球变暖增加1倍。文章还指出了目前有关北极多年冻土研究存在的知识缺口，并提出了未来的研究建议。本文对两篇文章的核心观点进行了整理，以供参考。

1 多年冻土解冻的影响

多年冻土由土壤、岩石或沉积物组成，通常与大块的冰混合在一起。北半球约1/4的土地以这种方式冻结。由于死去的植物、动物和微生物的有机物质没有分解，碳已经在这些冻土中积累了数千年。过去的研究认为，在正常变暖的情景下，缓慢而稳定的解冻将在未来300年内释放约2000亿吨碳，相当于目前北部冻土中所有碳储量的15%左右。但这可能是一个巨大的低估，因为大约20%的冻土具有增加突然解冻的可能性。到2300年，低地湖泊和湿地以及高地丘陵的冻土突然解冻可能会额外释放600 ~1000亿吨的碳。此外，由于突然解冻比逐渐解冻释放更多的甲烷，这两个过程对气候的影响将是相似的。因此，从目前的模型来看，冻土融化对地球气候的影响可能是预期的2倍。

英国兰卡斯特大学（Lancaster University）联合美国科罗拉多大学（University of Colorado）等机构的研究人员量化了北极多年冻土碳反馈的强度及其对全球气候和经济的影响。研究发现，北极多年冻土碳反馈通过多年冻土融化释放的碳，以及海面反照率降低（海冰和陆地积雪的减少）带来的更高太阳能吸收，加速气候变化。在温暖的气候条件下，多年冻土层的碳反馈越来越积极，而反照率的反馈随着冰雪融化而减弱。综合起来，这两个因素将导致气候变化的长期经济影响显著增加：在1.5 ℃背景下增加24.8万亿美元；在2 ℃背景下增加33.8万亿美元；在当前国家承诺的减排水平下增加66.9万亿美元。

2 目前的研究缺口

（1）气候和土壤科学家需要找出甲烷和二氧化碳的最大排放来源。虽然对当前融化的湖泊和湿地的数量有了很好的了解，但研究人员需要能够预测新融化的湖泊，还需要知道随着气候变暖，它们会以多快的速度流失。

（2）人们对山坡上融化土壤的侵蚀知之甚少。研究人员需要确定有多少多年冻土碳被置换，以及解冻后会发生什么。例如，人们不知道有多少碳会留在地下，有多少碳会作为温室气体进入大气层，如果流入河流和湖泊，会发生什么。

（3）人们需要确定植物生长将在多大程度上抵消多年冻土释放的碳。研究人员需要监测解冻的生态系统如何演变、植被稳定的速度以及这些植物如何积累生物量。随着多年冻土景观的变化，建模者需要预测生态群落和地貌之间的反馈变化。

（4）地下冰的分布是影响多年冻土碳命运的主要因素。目前，对地下冰的观测很少。更广泛的地球物理测量可以绘制出地表以下的冰块，揭示其聚集的位置以及融化的速度。甚至可以开发机器学习技术，通过分析表面的土壤和地形来预测大多数冰被埋藏的位置。

3 下一步研究建议

（1）扩展测量技术。应该更好地追踪整个北极地区的多年冻土和碳，特别是在经历突然解冻的地区。建立多年冻土和生态系统变化的基线非常重要，以便对未来的措施进行比较。这将需要基于飞机的激光雷达（光探测和测距，一种使用脉冲激光的测量技术）、基于无人机的调查和更好的图像分析算法。

（2）投资监测站点。河流化学组成可能是突然解冻的敏感指标，但许多监测站点正在被废弃。各国和国际社会应该增加对长期站点的投资，将陆基观测与水生和海洋测量联系起来。更好地记录河流中的有机物和养分将有助于了解多年冻土植物与微生物群落对突然解冻及逐渐融化的响应。

（3）收集更多数据。容易突然解冻的地区需要更多的钻孔、长期观测和实验。当冻土受到干扰和恢复时，实地测量应该量化有多少二氧化碳和甲烷被释放到大气中。重要的是，多年冻土研究人员和行业团体必须将所有地下冰数据存放在公共档案中。

（4）建立整体模型。地球系统模型应该包括影响多年冻土碳释放的关键过程。由于突然解冻发生在精细的空间尺度上，这些动力学的详细过程模型可能无法直接在地球系统模型中运行。必须开发框架来理解和量化这些精细过程在全球层面的影响。

（5）改进报告。政策制定者需要对突然解冻对气候变化的影响做出最佳估计。正如政府间气候变化专门委员会（IPCC）在《全球升温1.5 ℃特别报告》（Special Report on Global Warming of 1.5 ℃）中对逐渐解冻所做的估计那样，需要在未解决的气候反馈中加以考虑。多年冻土碳网络（Permafrost Carbon Network）正在为这些努力作出贡献，例如将在IPCC《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》（Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate）中确定突然解冻的特征。