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1、STATE OF POLAR CLIMATE 極地氣候變化年報2023STATE OF POLAR CLIMATE 極地氣候變化年報2023中國氣象科學研究院CHINESE ACADEMY OF METEOROLOGICAL SCIENCESSTATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3極地氣候變化年報（2023 年）編寫委員會主 編 丁明虎 副 主 編 王 欣編寫專家（以姓氏筆畫為序）卞林根 王 賽 曲智豐 朱孔駒 蘇 潔 張文千 張東啟 張 雷 林

2、祥 趙守棟姜智娜 翟曉春 魏 婷 主編單位：中國氣象科學研究院參編單位：中國海洋大學 國家衛星氣象中心南北極是氣候變化的敏感區，本年度報告利用多種氣候資料分析表明，2023 年南北極地區表現出持續的氣候變化放大器效應，極端事件頻發，對當地生態和全球天氣造成顯著影響。南極地區氣溫略偏高，呈東-西區域差異大、極端冷暖事件并存態勢。南極地區氣溫略偏高，呈東-西區域差異大、極端冷暖事件并存態勢。南極大陸年均氣溫為-31.86，較常年略高 0.05；南極半島和西南極地區年均溫持續快速上升，2023 年有 3 站秋季氣溫創歷史第二高、7 站創歷史第三高記錄；東南極則出現冷異常，維多利亞地、威爾克斯地等區域

3、站點創有觀測以來最冷記錄。7 月 7 日，南極點氣溫一日內飆升 40；7 月中旬至8月末，南極大部地區連續發生4次極端寒潮，13個站創造最低氣溫觀測記錄；11月，威德爾海A23a冰山脫離冰架，面積達4000 km2，成為世界上最大冰山。北極地區增溫放緩，仍經歷了 1979 年以來最暖夏天，整體呈“陸暖海冷”北極地區增溫放緩，仍經歷了 1979 年以來最暖夏天，整體呈“陸暖海冷”分布。分布。19792023 年，北極增溫是同期全球升溫速率（0.18/10 年）的 3.4倍。2023 年北極地區年均氣溫為-9.19，較常年高 0.97；春、夏、秋、冬四個季節的平均氣溫為-12.74、4.52、-7

4、.09和-21.14，秋冬嚴重偏暖；環北冰洋大陸地區特別是加拿大北部、巴倫支海-喀拉海沿岸，增溫幅度達到 2.0以上；加拿大北部異常高溫疊加少雨造成嚴重干旱，導致持續 5 個月的野火；6 月 26 日格陵蘭冰蓋最高點達到 0.39，造成冰蓋大面積融化。南極海冰繼續快速減少，再創消融記錄，引起全球關注。南極海冰繼續快速減少，再創消融記錄，引起全球關注。2023 年 2 月21 日，南極海冰范圍低至 1.788106 km2，再次刷新 2022 年的歷史最低記錄；南極海冰在過去一年中持續保持低位，年累積海冰范圍遠低于歷史記錄。北極海冰北極海冰 2023 年最大范圍為 14.62106 km2，是歷

5、史第 5 低值，最小范圍摘 要STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3為 4.23106 km2，是歷史第 6 低值；受春季海洋低溫影響，北冰洋海冰開始消融較晚，但夏秋季高溫導致凍結也同樣推遲。南極臭氧洞形成提前且生命長久，北極臭氧總量高于歷史平均。南極臭氧洞形成提前且生命長久，北極臭氧總量高于歷史平均。2023 年南極臭氧洞提前約 10 天形成，9 月 21 日達到單日最大面積 2.6107 km2；受湯加火山噴發物質輸送影響，南極平流層云偏多，

6、使得南極臭氧洞持續到12 月 20 日關閉。北極極渦偏弱且平流層氣溫較高，抑制了北極大規模臭氧損耗，使得臭氧總量偏高；2024 年 3 月中旬，北極臭氧總量飆升至近記錄的490 DU。極地地區大氣中溫室氣體濃度與全球變化趨勢相似，均呈穩定的上升趨極地地區大氣中溫室氣體濃度與全球變化趨勢相似，均呈穩定的上升趨勢。勢。2022 年南極大氣中二氧化碳、甲烷、氧化亞氮和六氟化硫的年平均濃度分別為 414.40 ppm、1857.87 ppb、334.72 ppb 和 10.78 ppt；北極大氣二氧化碳、甲烷、氧化亞氮和六氟化硫的年平均濃度分別為 420.12 ppm、2004.02 ppb、336.

7、08 ppb 和 11.28 ppt，相對于 2021 年，極地地區大氣主要溫室氣體平均濃度均有所升高；其中，南極和北極地區六氟化硫較 2021 年平均濃度分別上升 0.38 ppt 和 0.42 ppt，均為歷年最大增幅。極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3目錄第一章 氣溫和氣壓.11.1 氣溫.11.1.1 南極.11.1.2 北極.51.2 氣壓 .91.2.1 南極.91.2.2 北極.10第二章 海冰.122.1 海冰范圍.122.1

8、.1 南極.122.1.2 北極.142.2 海冰密集度.152.2.1 南極.152.2.2 北極.162.3 海冰融化期.17第三章 大氣成分.203.1 主要溫室氣體.203.1.1 南極.203.1.2 北極.223.2 臭氧總量.243.2.1 南極.243.2.2 北極.25附錄 主要數據來源.26附錄 術語.27STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 31第一章 氣溫和氣壓1.1 氣溫1.1.1 南極本節分析使用南極各站點的氣溫觀測數據

9、以及國家氣象信息中心發布的第一代全球大氣再分析資料（CRA-40），其中長城站和中山站的氣溫觀測數據來自中國氣象科學研究院，其他觀測數據來自英國南極辦公室編制的南極環境研究參考數據集（Met-READER），所有數據均經過質量控制。經過分析，2023年南極大陸的年平均氣溫為-31.86，較常年略微偏高0.05。南半球夏季（12月至次年2月）、秋季（3至5月）、冬季（6至8月）和春季（9至11月）的平均氣溫分別為-21.92、-34.56、-38.85和-31.77。2023年南極大陸在冬季和夏季較常年偏冷，溫度分布降低0.06和0.21，而在春季和秋季呈現出暖異常，增溫分別為0.53和0.15

10、。2023年南極地區的偏暖主要發生在威德爾海及周邊地區，而偏冷主要發生在羅斯海及周邊地區（圖1.1）。其中，威德爾海及周邊地區的氣溫異常偏暖，延續了2022年的偏暖情況，或表明該地已進入整體偏暖階段。夏季時期，暖異常主要位于南極半島及其周邊海域。其中位于南極半島的長城站和別林斯高晉站氣溫較常年高出0.75和0.74（圖1.1-2和3），分別達到其歷史第二高和第三高。秋季，除南極半島外，科茨地和毛德皇后地也增溫明顯。這三個地區中，馬蘭比奧站、貝爾格拉諾二號站和諾邁伊爾站（圖1.1-6、28和27）暖異常最強，較往年分別偏高3.52、3.44、2.66。此外，這三個地區共有3個站的秋季氣溫達到歷史

11、第二高（法拉第站、諾邁伊爾站、貝爾格拉諾二號站，圖1.1-8、27和28），并有7個站達到歷史第三高（奧卡達斯站、長城站、別林斯高晉站、馬蘭比奧站、帕默爾站、圣馬丁站、新拉扎列夫站，圖1.1-1、2、3、6、7、10和26）。冬季，科茨地、毛德皇后地和南極半島仍依然保持偏暖。昭和站（圖1.1-25）冬季氣溫達到歷史第二高（偏高2.65），貝爾格拉諾二號站（圖1.1-28）為歷史第三高（偏高2.41）。而在春季，南極半島由偏暖轉為偏冷，但科茨地和毛德皇后地仍維持偏暖。諾邁伊爾站（圖1.1-27）春季氣溫達到歷史第二高（偏高3.45）。另一方面，羅斯海及周邊地區的偏冷主要由冬季冷異常引起，維多利亞

12、地、伊麗莎白公主地和瑪麗皇后地為降溫最為劇烈的地區?，旣惿徴荆▓D1.1-12）冬季氣溫為歷史最低（偏低4.61），羅斯角站和中山站（圖1.1-15和23）為歷史第二低（分別偏低3.45和2.59），馬布爾點站（圖1.1-14）為歷史第三低（偏低-3.67）。1STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 32圖1.1 2023年南極年平均氣溫距平空間分布及各站點年平均和季節平均氣溫距平（單位：）全球氣溫在19792023年期間呈現明顯的上升趨勢，升溫速率為

13、0.18/10年（圖1.2）。在此背景下，南極地區的變暖趨勢主要位于南極陸地，南極陸地氣溫在此期間升溫速率略大于全球氣溫，溫度趨勢為0.21/10年(圖1.2)。此外，在南半球夏季、秋季和春季，南極陸地氣溫均呈現顯著的上升趨勢，增溫速率分別為0.30/10年、0.17/10年和0.36/10年；冬季期間升溫趨勢僅為0.07/10年，未通過顯著性檢驗。2極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 33圖1.2 19792023年南極大陸和全球年平均氣溫距平

14、時間序列及其趨勢（虛線）南極陸地氣溫趨勢變化呈現出明顯的區域性特征。南極半島是全球氣溫增暖速率最快的地區之一，該地法拉第站的氣溫以每10年0.45的速度升高（1947-2023年，圖1.3a紅線）。南奧克尼群島、瑪麗伯德地、維多利亞地、科茨地和南極冰穹地區的年平均氣溫也呈現上升趨勢，但圖1.3 西南極（a）和東南極（b）增暖地區各站點年平均氣溫距平時間序列（細實線）及其滑動平均值（粗實線）和趨勢（虛線）3STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 34升

15、溫速度相對較緩，分別為每10年0.20（1904-2023年，圖1.3a黑線）、0.21（1957-2023年，圖1.3a藍線）、0.26（1957-2023年，圖1.3b紅線）、0.29（1982-2023年，圖1.3b藍線）和0.18（1958-2023年，圖1.3b黑線）。而南極大陸其他地區的年平均氣溫變化則不明顯。極端事件：2023年西南極和東南極先后出現極端暖事件和極端冷事件。在南極洲一年中最冷的7月，南極半島地區氣溫異常偏高，位于南極極點附近的阿蒙森-斯科特站觀測到明顯的極端暖事件，該站氣溫從7月7日的-74飆升到7月8日的-34，一天內升溫幅度高達40。而位于東南極大陸的東方站1

16、1月平均氣溫創1958年有記錄以來的歷史最低值，達到-45.4。7月中旬至8月末，從南極洲東部到羅斯冰架、從西南極到南極半島，南極大部分地區發生了4次極端冷事件，11個站創造最低氣溫觀測記錄，造成進出南極航班嚴重延遲。2023年1月25日A81冰山從布倫特冰架上斷裂，新冰山面積約為1550 km2，厚度約為150 m。2023年11月，A23a巨型冰山在威德爾海停留40多年后，首次離開南極水域，向南大西洋移動，冰山面積約4000 km2，厚度超過280 m，成為目前世界上最大的冰山。(a)2023年7月南極溫度距平（相對于19912020年）及站點分布；(b)2023年6 7月阿蒙森-斯科特站

17、日氣溫變化；(c)19582023年11月南極東方站月均氣溫變化4極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 351.1.2 北極本小節利用來自全球歷史氣候學網絡（GHCN-D）和丹麥氣象研究所的格陵蘭天氣觀測數據集，以及CRA-40再分析數據，對北極地區的氣溫變化進行分析。所有數據均經過質量控制。2023年，北極地區年平均氣溫為-9.19，相對于常年偏高0.97。此外，2023年北極地區四個季節的溫度都較常年偏高，其中，秋季（9-11月）增溫最強，增溫

18、幅度為1.87，平均氣溫達到-7.09；冬季（12月至次年2月）、春季（3-5月）和夏季（6-8月）的平均氣溫分別為-21.14、-12.74和4.52，相對于常年偏高1.16、0.53和0.68。圖1.4 2023年北極年平均氣溫距平空間分布及各站點年平均和季節平均氣溫距平（單位：）2023年北極增暖最為劇烈的地區位于巴倫支-喀拉海沿岸和加拿大北極地區，增暖幅度均達 2以上（圖1.4）。位于北極地區的站點中，增溫幅度最大站點為位于喀拉海沿岸的阿姆杰爾馬（圖1.4-16），年平均氣溫為-2.4，較常年偏高2.9，為歷史第三高。莫里斯杰塞普角5STATE OF POLAR CLIMATE 202

19、3 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 36（圖1.4-10）年平均氣溫達到歷史次高，因紐維克、劍橋灣和巴倫支堡（圖1.4-3、4和13）年平均氣溫為歷史第三高。所有站點中只有美國科策布和位于格陵蘭海的揚馬延（圖1.4-1和12）偏冷，年平均氣溫分別較常年偏低 0.5和 0.3。冬季，偏暖主要發生在巴倫支-喀拉海沿岸，其中阿姆杰爾馬（圖1.4-16）為全北極冬季增溫幅度最大的站，冬季氣溫較常年偏高4.8。春季，暖異常主要位于加拿大北極地區，其中霍爾比奇（圖1.4-7）夏季氣溫偏暖2.1，為歷史第三高，

20、而劍橋灣、尤里卡和格陵蘭康埃盧蘇阿克（圖1.4-4、6和9）夏季氣溫較常年偏高1.9-3.2。夏季，偏暖主要發生在巴倫支-喀拉海沿岸和加拿大北極地區，其中因紐維克、劍橋灣和巴倫支堡（圖1.4-3、4和13）夏季氣溫為歷史最高，阿姆杰爾馬和巴羅（圖1.4-16和2）夏季氣溫為歷史次高。秋季，除了格陵蘭海沿岸站點偏冷外，其余所有站點均偏暖，其中因紐維克和劍橋灣（圖1.4-3和14）秋季氣溫分別為4.4和3.9，均為歷史最高，而霍爾比奇、雷索盧特和莫里斯杰塞普角（圖1.4-7、5和10）秋季氣溫為歷史次高。圖1.5 19792023年北極和全球年平均氣溫距平時間序列及其趨勢（虛線）在全球變暖背景下，

21、北極地區年平均氣溫在1979年至2023年期間出現快速上升趨勢（見圖1.5），升溫速率為0.61/10年，是全球升溫速率的3.4倍，表明北極對全球變暖具有較強的敏感性。此外，北極的快速增暖在不同季節都可見，其中秋季和冬季的增溫速率較高，分別為0.87/10年和0.67/10年，而夏季的增溫幅度最小，為0.33/10年。北極快速增暖主要發生在北冰洋，而陸地增暖速度相對略慢，但仍遠高于全球平均升溫速率。有記錄以來北極各站均呈現升溫趨勢，1980年代后升溫速率進一步加快（圖 1.6）。1981-2023年，位于阿拉斯加的巴羅每 10 年升高1.07，位于巴倫支-喀拉海沿岸的巴倫支堡和阿姆杰爾馬每 1

22、0 年分別升高1.00和0.90，而丹麥港、劍橋灣和維爾霍揚斯克升溫速度略慢，每 10 年分別升高0.61、0.58和0.52。6極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 37圖1.6 北極歐亞（a）和北美（b）部分增暖地區各站點年平均氣溫距平時間序列及其滑動平均值（粗實線）和趨勢（虛線）7STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M

23、AT E 2 0 2 38極端事件：2023年，68月泛北極（6090N）地表平均氣溫9.96，是1979年以來最熱的夏季。加拿大北部異常高溫和少雨造成了嚴重干旱，并導致2023年夏季加拿大西北部發生破紀錄野火，野火持續時間超過5個月，過火面積達416萬公頃，是有記錄的44年中燒毀面積最大的一次。2023年7月北極氣溫和降水異常分布2023年格陵蘭冰蓋出現有記錄以來最暖的一個夏天，6月26日冰蓋最高點氣溫達到0.39。高溫造成格陵蘭冰蓋日累積融化面積在45年的衛星觀測記錄中位居第2。7月20日，格陵蘭冰蓋表面8.44105 km2（67%的表面）發生消融，是本年度單日最大融化面積。格陵蘭冰蓋表

24、面消融面積（數據來源于NSIDC）8極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 391.2 氣壓 極地氣壓場變化是聯系極地和全球氣候的關鍵環節之一。本節分析的極地氣壓場變化包括2023年南北極氣壓場的空間異常特征，極渦和大氣濤動等重要環流現象。北極極渦指數來自國家氣候中心，濤動指數計算使用CRA-40再分析數據。1.2.1 南極2023年夏季（12次年2月）和冬季（68月）的500 hPa位勢高度場顯示，南極上空受低壓系統控制（圖1.7）。夏季南極大陸上

25、空呈位勢高度負距平，中緯度上空呈正距平。冬季南極大陸上空負距平面積略大于正距平面積，環南極和南大洋上空正負距平交替出現，環流緯向性特征偏強（圖1.7）。圖1.7 2023年南極（a）夏季（12月2月）和（b）冬季（6月8月）的500 hPa位勢高度場（填色圖）及其距平場（等值線圖），單位：位勢米.19792023年間南極濤動指數有所增強（0.21/10年），其中夏季增強主導了趨勢（0.40/10年），而冬季變化較小。2023年南極濤動指數冬季和夏季的距平分別為-1.25和1.92，與2022年相比，冬季從正距平變成負距平，夏季維持較常年略偏強的正距平，年均從偏強正距平變為溫和正距平（圖1.8）

26、。9STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 310圖1.8 19792023年南極濤動指數標準化距平1.2.2 北極2023年冬季，在500 hPa位勢高度場上，北極上空有兩個低壓中心（圖1.9），分別位于東亞大陸北部和北美大陸北部，北極圈附近呈位勢高度正距平，北極極渦偏弱；在夏季，高緯度地區以位勢高度正距平分布為主。圖1.9 2023年北極（a）冬季（12月2月）和（b）夏季（6月8月）的500 hPa位勢高度場（填色圖）及其距平場（等值線圖），單

27、位：位勢米.如圖1.10所示，19792023年北極極渦面積顯著減?。藴驶嗥侥昃厔轂?0.70/10年），強度顯著減弱（標準化距平年均趨勢為-0.61/10年），2023年北極極渦面積和強度指數在冬季和夏季都呈明顯的負距平，表明極渦偏弱。10極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 311圖1.10 19792023年北半球極渦面積指數(a)和北半球極渦強度指數(b)的標準化距平19792023年間北極濤動指數沒有明顯趨勢，北極濤動指數在2023

28、年冬季和夏季的標準化距平分別是0.205和-0.211（圖1.11）。圖1.11 19792023年北極濤動指數標準化距平11STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3第二章 海冰本章所用資料為美國國家雪冰數據中心（NSIDC）19792023年的海冰范圍產品，氣候態定義為19912020年平均。此外，還用到我國風云系列衛星海冰密集度產品（2011-2023年），以及美國國家航空和航天局（NASA）和中國海洋大學（OUC）提供的海冰表面開始融化/凍結

29、時間數據集。2.1 海冰范圍2.1.1 南極南極海冰范圍呈現顯著的季節性變化特征。每年4至9月前后是南極海冰的結冰期，10月至次年3月為融冰期，全年海冰最小值通常出現在2月底至3月初?？偟膩砜?，2023年南極海冰范圍全年嚴重異常偏低（圖2.1），特別是5月后，南極海冰范圍持續保持低位，年累積海冰范圍遠低于歷史記錄。從最小海冰范圍分析，繼2017年（3月3日，2.11106 km2）和2022年（2月25日，1.976106 km2）之后，2023年2月21日再次刷新最低記錄，低至1.788106 km2。統計顯示，2023年12月和510月的海冰范圍都是45年間該月份的最低記錄；34月的海冰范

30、圍略高于2017年同期，11月海冰范圍略高于2016年同期，都是45年間的第二小值；12月海冰范圍略高于2016年和2022年同期，是45年間的第三小值。這樣極端和持續的海冰偏少，既是南極海冰快速變化的直接信號，也可能引發進一步的海氣和生態響應。圖2.1 多年平均的逐月南極海冰范圍，以及2017年、2022年和2023年逐月南極海冰范圍變化 從氣候變化尺度來看，南極海冰范圍在19792023年間表現出先緩慢增加后減少的變化趨1212極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M

31、AT E 2 0 2 3勢，并且后期減少速度更快。近幾年南極海冰減少持續創下新低記錄，其中年最小值在2022年和2023年連續新低，而年最大值在2023年首次新低（圖2.2）。圖2.2 19792023年南極海冰范圍最小值、最大值距平時間序列，逐月南極海冰范圍距平時間序列 及其12個月滑動平均和線性趨勢以風云衛星數據來計算（圖2.3），2023年2月南極海冰范圍為2.66106 km2，較氣候態（20112023）同期偏小23.63%，創下月尺度同期南極海冰范圍新低記錄。2023年9月南極海冰范圍為17.21106 km2，較氣候態同期偏小8.16%，創下月尺度同期南極海冰范圍新低記錄。從線性

32、趨勢上看，2月海冰范圍每年平均減少1.04105 km2，9月海冰范圍每年平均減少1.24105 km2。圖2.3 我國風云系列氣象衛星監測南極海冰范圍變化：20112023 年南極海冰范圍2月和9月較多年平均（20112023年）的距平值1313STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3極端事件：2023年南極海冰范圍創下多項新低記錄，首先是2023年2月21日的南極海冰范圍1.788106 km2創下了南極海冰范圍年最小值的新低記錄，而2023年

33、2月南極海冰范圍1.913106 km2創下了月尺度南極海冰范圍的新低記錄，2023年9月10日南極海冰范圍16.956106 km2創下了南極海冰范圍年最大值的新低記錄，而2023年9月南極海冰范圍16.801106 km2則是過去45年間9月的最小記錄。近年來南極海冰消融速度持續加快，已經給南極生態環境帶來巨大影響，并有可能進一步影響全球天氣氣候。2.1.2 北極北極海冰范圍同樣具有顯著的季節變化特征（圖2.4），夏秋季海冰覆蓋率較低，9月達到年最小值；冬春季海冰覆蓋率相對較高，3月達到年最大值。2023年的海冰范圍最大值位居第五低，為14.62106 km2，較1979年有遙感觀測以來歷

34、史最大值記錄少2.01106 km2，與上年度相比偏低。北極海冰范圍的歷史最小值發生在2012年9月17日（3.39106 km2），2023年的海冰范圍最小值排在第六位，為4.23106 km2，與上年度相比同樣偏低。圖 2.4 多年平均的逐月北極海冰范圍，以及2012年、2022年和2023年逐月北極海冰范圍變化由逐月北極海冰范圍距平的時間序列可知（圖 2.5），自1979年起，北極海冰范圍整體以0.046106 km2/10年的速率減小，年最小范圍的下降趨勢是12.5%/10年。近年來，年海冰范圍最小值的減小趨勢有所放緩。1414極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMA

35、TE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3圖 2.5 19792023年北極海冰范圍最小值、最大值和逐月北極海冰范圍距平時間序列及其12個月滑動平均和線性趨勢極端事件：2023年巴倫支海海冰范圍在1月下旬和2月中旬達到了有史以來的極小值。此前的研究認為這與北大西洋海洋熱量輸送的增加有關，近期研究顯示大氣河也起到了促進作用。大氣河從熱帶和亞熱帶帶來溫暖且潮濕的空氣，增加了向下的長波輻射，同時產生降雨，促進冬季海冰的融化。2.2 海冰密集度2.2.1 南極圖2.6為2023年南極海冰密集度在2月和9月的月均值和

36、距平分布。2月南極海冰主體分布在威德爾海，阿蒙森海至羅斯海沿岸，海冰帶較寬較多，以上均為南極多年海冰主要分布區。除了威德爾海的海冰接近氣候態水平，其他海域的海冰存在異常偏低情況。2023年9月，南極海冰基本包裹著南極大陸。該月南極海冰減少區域大于增加區域，其中，南極別林斯高晉海、阿蒙森海和威德爾海西部，海冰密集度大范圍增加；羅斯海海冰密集度大范圍減小，最大可達75%；印度洋海域海冰密集度變化呈現區域差異性，整體增大或減小的變化不大。1515STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L

37、I M AT E 2 0 2 3圖2.6 我國風云系列氣象衛星監測的2023南極海冰密集度及其距平(a)2023年2月海冰密集度；(b)2023年9月海冰密集度；(c)2023年2月海冰密集度距平；(d)2023年9月距平。紅色實線表示20112023年平均的南極海冰范圍2.2.2 北極圖2.7為2023年北極海冰密集度在3月和9月的月平均值和距平分布。近幾十年來，北極海冰不斷退縮，但近年海冰密集度遞減率有所減緩。相較于2011-2023年平均狀況，2023年北極太平洋扇區海冰的冰邊緣區持續出現負距平；9月海冰退縮更為明顯，主要分布在加拿大群島、波弗特海、楚科奇海和東西伯利亞海。而在大西洋扇區

38、，3月巴倫支海為負值，格陵蘭海為正值；9月冰邊緣區海冰密集度體現為明顯的正距平，特別是拉普捷夫海。1616極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3圖2.7 我國風云系列氣象衛星監測的2023北極海冰密集度及其距平(a)2023年3月海冰密集度；(b)2023年9月海冰密集度；(c)2023年3月海冰密集度距平；(d)2023年9月距平。紅色實線表示20112023年平均的北極海冰范圍2.3 海冰融化期海冰的開始融化和開始凍結代表著夏季融化期的起止。

39、當積雪內持續存在自由水時定義為開始融化時間（MO）；當新冰在開闊水域生長，裸露的或輕度積雪覆蓋的冰面重新凍結時定義為開始凍結時間（FO）。MO與FO之間的時間段即為海冰融化期。北極海冰表面MO跨度從海冰邊緣區域的3月下旬到北極中央區的6月。盡管1979年以來北極海冰MO提前、FO推后、融化期加長,但在風云3B/3D衛星運行期間，MO不再具有提前的趨勢。圖2.8顯示，相較于2011-2023年平均情況，2023年大部分海區的MO推遲10-30天，這與4至8月北冰洋大部區域的氣溫低于平均水平有著密切關系；只有在加拿大北部多年冰區，MO仍表現為提前。近幾十年來，北極海冰的MO年際變化明顯，對于北極7

40、0N以北的海區，19792022年1MO分布以1.5 天/10年的速度提前。以20世紀90年代為界，前一時段較后一時段趨勢明顯（圖2.9）。1 由于NASA提供的融化凍結時間數據集沒有更新2023年，只到2022年。1717STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3圖 2.8 北極海冰表面開始融化時間和開始凍結時間（a）20112023年平均的北極海冰表面開始融化時間；（b）20112023年平均的北極海冰表面開始凍結時間；（c）2023年北極海冰表

41、面開始融化時間距平；（d）2023年北極海冰表面開始凍結時間距平北極海冰表面FO跨度從北極中央區的8月到海冰邊緣區域的次年1月（圖2.8）。相較于2011-2023年平均情況，2023年北極大部分海區FO推遲20-30天，FO明顯推遲的海域對應著夏季的海冰退縮區域（圖2.7d）。自1979年以來，70N以北FO一直呈現明顯的推遲趨勢（圖2.9）。在風云3B/3D衛星運行期間，年際變化明顯，體現出振蕩推遲的趨勢。北極海冰融化期的長度在北極中央區約為6090天，一年冰區長度跨度較大，主要分布在100200天以上，在冰邊緣區可達到250天以上。19792022年期間，70N以北的融化期長度以6.3天

42、/10年的速率呈現明顯的延長趨勢（圖2.9），秋季的海冰凍結不斷推遲主導著北極融化期的顯著延長趨勢。1818極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3圖 2.9 19792023年北極海冰表面開始融化時間（a）開始凍結時間（b）和融化期長度（c）在70N以北海區的區域平均值的時間序列1919STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M

43、 AT E 2 0 2 3第三章 大氣成分3.1 主要溫室氣體本節采用世界溫室氣體數據中心（WDCGG）的極地站點和我國中山站監測數據進行分析，其中南極地區共11個站，北極地區共15個站（圖 3.1），時間范圍是19842022年（目前上述溫室氣體濃度僅公布到2022年）。本節主要分析四種主要溫室氣體（二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、六氟化硫）的變化。圖 3.1 極地主要大氣成分觀測站位置3.1.1 南極（1）二氧化碳和甲烷從 1984到 2022年，南極大氣中的二氧化碳濃度呈逐年穩定上升的趨勢，增長率為 1.87 ppm/年，總體與全球趨勢一致，平均濃度比全球平均值低 2.48 ppm（圖 3.2

44、a）。在 2022年，南極大氣中的二氧化碳年平均濃度達到了 414.40 ppm，相比 2021年，平均濃度上升了2.38 ppm，其中中山站大氣中二氧化碳 2022年平均濃度為 413.84 ppm，較 2021年上升 2.24 ppm。同樣，從 1984到 2022年，南極大氣甲烷濃度呈逐年穩定上升的趨勢，增長率為 5.42 ppb/年，總體與全球趨勢一致，但平均濃度比全球平均值低 61.07 ppb（圖 3.2b）。在 2022年，南極大氣中甲烷年平均濃度達到了 1857.87 ppb，相比2021年，平均濃度上升了 18.58 ppb，其中中山站大氣中的甲烷 2022年平均濃度為185

45、6.96 ppb，較 2021年上升 18.34 ppb。2020極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3圖 3.2 19842022年南極與全球二氧化碳濃度變化（a）和甲烷濃度變化（b）（2）氧化亞氮和六氟化硫目前南極開展氧化亞氮觀測的7個站年平均濃度由1997年的312.05 ppb升高至2021年的334.72 ppb，年增長率為0.40ppb/年1.54 ppb/年不等，平均增長率約為0.91ppb/年（圖3.3a）。2022年南極地區氧化

46、亞氮年平均濃度較2021年上升1.4 ppb。我國中山站自2008年開始氧化亞氮觀測，總體趨勢與南極平均狀況一致，20082022年的年平均濃度由320.40 ppb升高至333.99 ppb，每年升高約0.97ppb。2022年中山站氧化亞氮年平均濃度相對于2021年的絕對增量為0.68 ppb，相對增量為0.20%。2121STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3圖3.3 南極（a）氧化亞氮（19922022年）和（b）六氟化硫（1997202

47、2年）平均濃度 19972022年，南極進行大氣中六氟化硫濃度觀測的4個站點年平均濃度全部呈顯著上升趨勢（圖3.3b），年平均濃度由1997年的3.83 ppt升高至2022年的10.78 ppt，增長了約2.8倍；年增長率也呈逐年放大趨勢，由0.19 ppt/年增大到0.38 ppt/年，平均增長率約0.28 ppt/年。2022年南極4站六氟化硫年平均濃度為10.78 ppt，較2021年平均濃度上升0.38 ppt，達到歷年最大升高幅度。3.1.2 北極（1）二氧化碳和甲烷從1984年到2022年，北極大氣中二氧化碳濃度呈逐年穩定上升的趨勢（圖3.4a），增長率為1.94ppm/a，總體

48、與全球趨勢一致，但年平均濃度比全球平均值略高1.78ppm。2022年，北極大氣中二氧化碳年平均濃度達到了420.12ppm，相比2021年，平均濃度上升了2.36ppm。同樣，從1984年到2022年，北極大氣中甲烷濃度呈逐年穩定上升的趨勢（圖3.4b），增長率為5.35 ppb/年，總體與全球趨勢一致，但年平均濃度比全球平均值高78.36 ppb。2022年，2222極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3北極大氣中甲烷年平均濃度達到了2004

49、.02 ppb，相比2021年，平均濃度上升了15.66 ppb。2022年我國瓦里關站CH4年平均濃度為19790.6ppb。圖 3.4 19842022年北極與全球二氧化碳濃度變化（a）和甲烷濃度變化（b）（2）氧化亞氮和六氟化硫目前北極地區有8個全球大氣本底站開展氧化亞氮觀測，這8個站的平均氧化亞氮濃度由1997年的313.31 ppb升高至2022年的336.08 ppb，年增長率為0.431.40 ppb/年，平均增長率約0.88 ppb/年（圖3.5a）。2022年北極氧化亞氮年平均濃度較2021年上升1.34 ppb。2323STATE OF POLAR CLIMATE 2023

50、 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3 圖3.5 北極地區（a）氧化亞氮（19922022年）和（b）六氟化硫（19972022年）平均濃度北極地區進行六氟化硫觀測的7個站點的平均濃度由1997年的4.22 ppt升高至2022年的11.28 ppt，增長了近2.6倍。年際升高幅度也呈逐年增大的趨勢，由0.15 ppt/年增大到0.38 ppt/年，平均增長率約0.28 ppt/年（圖3.5b）。2021年北極六氟化硫年平均濃度為11.28 ppt，較2021年平均濃度上升0.42 ppt，是歷年升

51、幅最大的一年。2022年我國瓦里關站SF6年平均濃度為11.240.03 ppt。3.2 臭氧總量3.2.1 南極與大多數年份相比，2023年臭氧洞的形成提前了一到兩周且其生命周期異常地長久，8月中旬即開始形成明顯的臭氧洞，9月中旬面積達到最大，9月21日達到當年單日最大面積，超過2.6107 km2（圖3.6）。臭氧洞到10月開始縮小并最終接近歷史平均水平，但在月末又再次擴大，直到12月初臭氧洞面積減小到相對較小規模，并在12月20日徹底關閉。盡管國際社會通過蒙特利爾議定書及其相關措施，在減少臭氧層損耗物質(ODSs)的排2424極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE

52、 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3放方面取得了重要進展，但南半球臭氧層的異?，F象連續四年引起了全球的關注。從短期因子看，部分學者推測去年洪加-湯加火山的噴發，增加了平流層水汽，可能導致更多極地平流層云的形成，進而加速臭氧消耗。從長期因子看，1987年的禁令減緩了ODSs的排放，然而之前排放的ODSs仍舊在大氣中存留并可能影響數十年。同時，全球變暖帶來的層間交換減少引起的平流層冷卻，可能也在一定程度上促進了近年來面積大且持久的臭氧洞形成。圖3.6（a）2023年南極臭氧洞面積變化與1979年以來歷史平均對

53、比情況；（b）2023年9月21日南極臭氧洞空間分布，黑線為220 DU等值線3.2.2 北極2023年冬季至2024年春季期間的臭氧總量，平均值不僅顯著高于歷史平均水平，而且在2024年2月的短暫下降之后經歷了一次迅速的上升（圖3.7）。至3月中旬，臭氧濃度更是飆升至近乎創紀錄的490 DU（Dobson Units）。3月份的北極平均臭氧總量達到了440 DU，這在歷史排名中位列第9。春季北極平流層溫度較高，3月份50 hPa的平均溫度達到了221 K，排在歷史第6，這一較高的極渦內溫度不利于極地平流層云的形成，從而抑制了本年度大規模臭氧損耗現象的發生。2024年北極的臭氧量變化趨勢與20

54、23年相似。圖 3.7（a）63N以北臭氧總量平均值與1979年以來歷史平均對比情況；（b）2023年3月北極臭氧總量空間分布2525STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 326附錄 主要數據來源1.國家極地科學數據中心（NAADC）氣象觀測產品 https:/ https:/www.ncdc.noaa.gov/cdo-web/datasets4.全球地面逐日氣象資料（GSOD）逐日氣象資料 https:/registry.opendata.aws

55、/noaa-gsod5.英國南極局南極環境研究參考數據集 https:/www.bas.ac.uk/project/reader/#data6.丹麥氣象研究所格陵蘭天氣觀測數據集 http:/research.dmi.dk/data/7.美國雪冰數據中心（NSIDC）海冰指數數據 https:/nsidc.org/data/nsidc-0051/versions/28.中國風云三號極軌系列氣象衛星微波成像儀（MWRI）數據集 http:/ https:/www.earthdata.nasa.gov/10.中國海洋大學（OUC）基于FY-3B、FY-3D/MWRI數據集 http:/ https

56、:/gaw.kishou.go.jp/publications/global_mean_mole_fractions#content112.美國航空航天局臭氧觀測數據 https:/ozonewatch.gsfc.nasa.gov/26極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 327附錄 術語南極：南緯65以南的廣大區域。北極：北緯65以北的廣大區域。距平：某一變量與其多年平均值之間的差值，本報告中多年平均指19912020年。再分析資料：用先進的、固

57、定的資料同化系統和數值預報模式，將模式預報和歷史觀測資料融合，從而獲取變量豐富、空間覆蓋完整、時間均一穩定的長序列歷史天氣資料。在本報告中，再分析資料特指國家氣象信息中心發布的第一代全球大氣再分析數據CRA-40。南極濤動：南極和南半球中緯度之間的氣壓場蹺蹺板變化現象，又稱南半球環裝模。南極濤動指數定義來自海平面氣壓在兩個代表性緯度帶40S和70S的緯圈平均值之間的差值，氣壓數據來自CRA-40再分析數據集。北極濤動：北極和北半球中緯度之間的氣壓場蹺蹺板變化現象，又稱北半球環裝模。北極濤動指數定義來自海平面氣壓在兩個代表性緯度帶35N和65N的緯圈平均值之間的差值，氣壓數據來自CRA-40再分

58、析數據集。極渦：極地對流層和平流層的大尺度低壓渦旋現象。北極極渦指數：來自國家氣候中心氣候監測業務使用的北半球極渦指數。其中極渦面積指數定義為北半球500hPa高度場，0-360區域內，極渦南界特征等高線以北所包圍的面積。極渦強度指數定義為北半球0-360區域內，500hPa等壓面與極渦南界特征等高線所在的等高面之間的空氣總質量。海冰密集度：單位面積海區內海冰面積所占百分比。海冰范圍：海冰密集度大于15%的海冰覆蓋面積。海冰表面開始融化時間（MO）：積雪內持續存在自由水，冰雪交界處變得潮濕。海冰表面開始凍結時間（FO）：新冰在開闊水域生長，裸露的或輕度積雪覆蓋的冰面重新凍結。溫室氣體：指大氣中

59、自然或人為產生的氣體成分，能夠吸收并釋放地表、大氣和云發出的長波輻射，該特性可導致溫室效應。地球大氣中的主要溫室氣體包括京都議定書規定的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）以及六氟化硫（SF6）、氫氟碳化物（HFC）、全氟化碳（PFC）等氣體。ppm：干空氣中每百萬（106）個氣體分子所含的該種氣體分子數。27STATE OF POLAR CLIMATE 2023 極地氣候變化年報極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 328ppb：干空氣中每十億（109）個氣體分子所含的該種氣體分子數。ppt：干空氣

60、中每萬億（1012）個氣體分子所含的該種氣體分子數。北極溫室氣體觀測站點：科普特尼島站（俄羅斯，KOT）、提克西站（俄羅斯，TIK）、阿勒特站（加拿大，ALT）、莫爾德灣站（加拿大，MBC）、巴羅站（美國，BRW）、貝奇科站（加拿大，BCK）、劍橋灣站（加拿大，CBY）、伊努維克站（加拿大，INU）、齊柏林山站（挪威，ZEP）、頂峰站（丹麥，SUM）、捷里別爾卡站（俄羅斯，TER）、帕拉斯站（芬蘭，PAL）、斯托爾霍夫迪站（冰島，ICE）、勒威克站（英國，SIS）、查理號海洋站（美國，STC）。南極溫室氣體觀測站點：世宗大王站（韓國，KSG）、尤巴尼站（阿根廷，JBN）、帕默爾站（美國，PSA

61、）、凱西站（澳大利亞，CYA）、莫森站（澳大利亞，MAA）、昭和站（日本，SYO）、哈雷站（英國，HBA）、到達高地站（新西蘭，ARH）、麥克默多站（美國，MCM）、南極極點站（美國，SPO）、中山站（中國，ZOS）。多布森單位(DU)：測量地球表面上方一個垂直柱內的臭氧總量(總臭氧柱)的一個單位。多布森單位數是以10-5米為單位的臭氧厚度，即：在壓力為1013 hPa、溫度為0C時，如果被壓縮在密度均衡的一層內臭氧柱所占據的體積。一個DU單位相當于每平方米有2.691020個臭氧分子的臭氧柱體積。盡管差異很大，地球的大氣中一個臭氧柱數量典型值為300DU。臭氧層損耗物質(ODSs)：工業生產

62、和使用的氯氟碳化合物、哈龍等物質，當它們被釋放到大氣并上升到平流層后，受到紫外線的照射，分解出 Cl 自由基或 Br 自由基，這些自由基很快地與臭氧進行連鎖反應，使臭氧層被破壞。這些破壞大氣臭氧層的物質被稱為“消耗臭氧層物質”，英文名稱為 Ozone-Depleting Substances，簡稱 ODSs。臭氧層：平流層存在一個臭氧濃度最高的氣層，稱為臭氧層。臭氧層的范圍大約從12公里延伸至40公里,約在20至25公里處達到最高。正常大氣中臭氧的柱濃度約為300DU在人為氯化物、溴化物排放與該地區特定的氣象條件共同作用下，在南半球的春季,南極區域上空的臭氧層都出現非常強的損耗，當臭氧柱濃度低于220 DU時，定義為臭氧洞。28極地氣候變化年報 STATE OF POLAR CLIMATE 2023極 地 氣 候 變 化 年 報 S TAT E O F P O L A R C L I M AT E 2 0 2 3STATE OF POLAR CLIMATE 極地氣候變化年報2023STATE OF POLAR CLIMATE 極地氣候變化年報2023中國氣象科學研究院CHINESE ACADEMY OF METEOROLOGICAL SCIENCES