近几十年来，随着温室气体的持续排放，全球平均温度持续升高，北极夏季海冰覆盖范围以>10%/10年的速率减少。但2020年初以来，新冠疫情在世界范围内迅速蔓延，许多国家实施了一系列严格的封锁和限制，人类活动骤减，这导致了温室气体排放量大幅下降。同年，从卫星观测数据中观测到，冬季北极海冰覆盖范围在快速增长。因此，2020年初疫情期间温室气体排放减缓会是冬季北极海冰覆盖范围扩大的原因吗？

我实验室极地海洋与气候变化创新团队利用卫星观测数据和地球系统模式，揭示了2020年疫情期间温室气体排放减缓对北极海冰变化的影响。团队发现2020年1月至3月的二氧化碳浓度增加的速度明显低于2015-2019年的平均速度，二氧化碳浓度接近于前五年的最低值（图1）。甲烷的增长速率也发生类似的变化。在北极海冰覆盖方面，与前五年相比，2020年初的北极海冰覆盖范围相对比较低，但到3月时，达到了与前五年同等的水平。2015-2020年1月1日至3月15日的海冰范围的线性趋势表明，2020年的增幅（约2.89×10⁴ km²/d）比前五年（平均约2.26×10⁴ km²/d）高约21.8%（图1）。北极海冰范围扩大主要出现在巴伦支海、斯瓦尔巴群岛和白令海（卫星反演资料）。值得注意的是，海冰密集度在戴维斯海峡和拉布拉多海大量减少，海冰厚度在北极中心区域以及西伯利亚沿岸显著变薄（图1）。

图 1. 观测的全球平均二氧化碳浓度、海冰密集度、海冰厚度和表面气温异常以及模拟的海冰密集度、海冰厚度和表面气温异常。（a）2019年4月至2020年3月的全球月平均大气二氧化碳浓度（红线）和前五年的平均（黑线）；（b）2020年1月至3月的逐日的北极海冰范围（红线）和前五年平均（黑线）。（a）和（b）中的黑色和红色直线是线性拟合。(c)、(e)和(g)表示模拟的海冰密集度、厚度和表面气温异常。(d)和(f)表示卫星观测的海冰密集度和海冰厚度异常。(h)是基于再分析的资料的表面气温异常。模拟的3月份异常是REDUCTION和NORMAL试验100年平均的差异；2020年3月的观测异常是相对于前五年的。

为了进一步揭示温室气体排放与北极海冰变化之间的关系，团队利用地球系统模式CESM1.2开展了平衡态和瞬变态模拟试验：（1）通常的温室气体排放速率情景下北极海冰变化模拟；（2）受疫情影响的温室气体排放速率情景下北极海冰变化模拟。在气候平衡态的情况下，研究发现在温室气体减排的场景下，模拟的北极海冰密集度变化与2020年3月的卫星观测资料非常一致（图1）。在瞬态响应的情况下（季节内时间尺度），北极海冰覆盖范围在减排情况下也是显著增加的。研究结果表明，减排对于2020年初北极海冰范围的快速扩大有重要作用，疫情期间的观测数据对于定量分析减排给北极海冰变化带来的影响具有巨大潜力。