北极地区能源、矿产和生物资源丰富，被称为“地球尽头的中东”，其中石油、天然气、煤炭储量分别占全球已探明储量的13%、30%和9%。近年来，随着北极冰雪加速消融，北极研究、航行、资源等方面的重要战略价值日益显现，北极开发利用不断推进，北极事务日益升温，严寒的北极正成为各方竞相争逐的热土。我国也积极参与北极事务，2013年5月，中国成功申请成为北极理事会正式观察员国，为我国深入参与北极事务打开了大门；2013年9月，中远商船“永盛轮”成功试航北极东北航道，我国企业开始参与北极开发利用；2017年7月，习近平主席出访俄罗斯，第一次正式提出建设“冰上丝绸之路”，标志着我国推动北极治理上升到战略高度。
现有研究表明，寒冷的冬季是北极陆地偏远地区通行的主要窗口期。这是因为夏季成片的苔原沼泽无法支撑车辆运输，当冬季来临，地面冻结并被积雪覆盖时，陆上通行活动才陆续展开。通常在气温降到零度以下时，由工程车辆将积雪压实、洒水结冰或堆积冰层，在陆面形成坚固的季节性道路，这种冬季道路被称为冰路。由于建设成本低，环境影响小，冰路在整个北极都十分常见。仅仅在加拿大北方，每个冬季都会修建超过一万千米的冰路，冬季的社区联系、资源勘探、货物运输都通过冰路开展（图1）。
图1.（a）工程车辆压实积雪，创造平坦地面，为修建冰路做准备；（b）刚刚冻结的冰路；（c）来往在冰路上的运输车辆；（d）气候变暖导致冰路发生塌陷。
冰路的存在与气候条件密切相关，零度以下的气温是冰路最重要的影响因素，它直接决定了冰路存在的可能性。充足的积雪覆盖也是必要条件：（1）积雪提供了修建冰路的天然原材料；（2）积雪保护地表植被和土壤；（3）积雪为车辆提供更好的牵引力；（4）积雪具有高反照率，使冰路能存在较长的时间。全球变暖和北极放大效应对人类开发利用北极将带来双重影响。一方面，随着海冰消融，北冰洋航运将走向繁荣；另一方面，极地变暖和积雪消融对适宜修建冰路的环境（冰路潜力区）带来冲击，降低陆地可达性。在此背景下，北极冰路潜力区正在如何发生变化备受关注。
为此，南京大学高分辨率实验室开展了气候变化对北极陆地可达性影响的研究，集成卫星遥感、气象观测等数据计算了四个冰路潜力区指标：冰路潜力区面积（PIRA）、冰路潜力区持续时间（PIRDs）、冰路潜力区开始日期（PIROD）、冰路潜力区结束日期（PIRED），首次量化了泛北极（60°N以北）冰路潜力区过去近四十年的时空变化及其对港口可达性的影响。
研究表明，PIRA正在显著减少，其中在5月的损失比最大（~25%），4月的下降速度最快（2.77 × 104 km2 yr−1）。泛北极区域的PIRDs正在以0.41 d yr−1的速度下降，预示着未来冰路开放季的持续减少。同时，气候变化对PIROD（0.28 d yr−1）的影响速度比PIRED（－0.21 d yr−1）更为强烈，这也证实了北极社区报告的暖冬对冰路开放日期的危害更大（图2）。通过对冰路潜力区的稳定性分析发现，12月大面积的冰路潜力区正在由稳定变为不稳定，这一现象主要集中在欧洲北极、加拿大北极区和阿拉斯加（图3）。
图2. 泛北极1979~2017年（a）平均PIRDs；（b）PIRDs的年际趋势；（c）PIROD的年际趋势；（d）PIRED的年际趋势。
图3. 泛北极1979～2017年10月～5月冰路潜力区稳定性评估结果
冰路潜力区会极大影响北极陆地通行。以港口可达性为例，发现冰路潜力区在12～4月对陆地通行贡献最大，可减少加拿大北极区和西伯利亚地区1天以上的通行时间（图4），在阿拉斯加地区的贡献虽然相对较小，却也达到9小时以上。然而，随着暖冬显著减少了冰路潜力区，陆地可达性也在明显降低。研究发现，冰路潜力区对港口可达性的贡献作用在12月、1月和5月都存在不同程度的减少，受到影响的主要地区为俄罗斯西伯利亚、阿拉斯加、加拿大东北部。特别是在加拿大努纳武特地区，12月冰路潜力区的可达性贡献严重降低（1.5 h decade−1），该地区高度依赖冰路通行，这将阻碍当地的社区联系、资源运输等活动（图5）。
图4. 泛北极1979～2017年10月～5月冰路潜力区对港口可达性的贡献
图5. 12月冰路潜力区对港口可达性的贡献显著降低
以往研究揭示了气候变暖对北极海上活动的有利影响，认为人类将更加便利地开发利用北极；然而，暖冬对陆地交通的阻碍效应是被忽视的。本研究结果表明，暖冬正在减少冰路潜力区，这或将阻碍极地环境保护、经济发展、资源利用。未来，需要进一步围绕北极环境变化及其对人类活动的双重影响开展研究，积极响应国家“冰上丝绸之路”战略，构建北极命运共同体，为北极可持续发展贡献中国方案和中国智慧。
该研究成果近日以“Warmer winters are reducing potential ice roads and port accessibility in the Pan-Arctic”为题发表于Environmental Research Letters。南京大学地理与海洋科学学院硕士生董元彪为论文第一作者，肖鹏峰教授为论文通讯作者，张学良副教授、硕士生吴悠绿、王华东、栾文博为论文合作作者。该研究得到国家自然科学基金项目（42171307）资助。
Dong Y, Xiao P, Zhang X, Wu Y, Wang H and Luan W 2022 Warmer winters are reducing potential ice roads and port accessibility in the Pan-Arctic Environmental Research Letters 17 104051, doi: https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac97ae
