中國網/中國發展門戶網訊 冰凍圈是地球系統中水體處於凍結狀態的負溫圈層，包括山地冰川和極地冰蓋、多年凍土和季節凍土、積雪、海/河/湖冰、冰架、冰山和大氣中的凍結狀水體等要素，主要分佈在地球兩極和高山地區。冰凍圈作為氣候系統五大圈層之一，在氣候系統和氣候變化中扮演著重要角色；冰凍圈還是地球表層環境的重要組成部分，與人類社會之間長期存在著緊密聯繫。近幾十年來，隨著全球變暖，以及在可持續發展理念的推動下，冰凍圈科學快速發展，科學內涵不斷豐富，其研究內容不僅包含冰凍圈各要素的形成、演化過程與內在機理，以及冰凍圈與氣候系統其他圈層的相互作用，還不斷拓展到冰凍圈對人類社會的影響和適應等自然和人文學科交叉領域。
人類演化與進步從來伴隨著冰與雪，一路風霜，堅韌走來。回首人類進化、遷徙及長期社會經濟變革的漫長過程，冰凍圈都起到了重要的作用。早期人類得以遠程遷徙，部分原因是冰凍圈以冰橋形式提供了交通通道服務；同時，冰凍圈在冰期期間通過調節全球水量分配，使大量海水固定於陸地，海平面大幅下降，導致白令海陸橋和東南亞陸橋的出露，從而使現代智人從非洲和歐亞大陸走出後，向美洲和大洋洲的遷徙成為可能，促進了智人的全球傳播。
2015 年，中國科學家率先提出冰凍圈功能和服務理論框架，系統研究冰凍圈為人類社會帶來的直接或間接的、物質性或非物質性的惠益。例如，冰凍圈長期為人類提供重要的氣候調節服務，一方面營造了地球適宜的氣候條件，使溫帶成為人類文明發達區和發展速度最快的地區；另一方面氣候的冷暖交替也促進了人類對大自然的適應能力，客觀上促進了人類社會的進步與發展。冰凍圈還為廣大寒區旱區居民生產生活提供了寶貴的淡水資源。特別是在以青藏高原為核心的亞洲高海拔地區，冰凍圈水資源非常豐富，是孕育中華文明、印度文明和兩河文明的長江、黃河、恆河、印度河、底格里斯河和幼發拉底河等亞洲大江大河的發源地。在冰凍圈及其影響區域，與冰川、雪山等相關的宗教/圖騰等形成了獨特的文化形態，成為世界文化多樣性的重要組成部分。
冰凍圈服務是在冰凍圈功能基礎上，賦予人類需求和價值取向，即冰凍圈滿足人類物質或精神需要併為人類福祉作出的各種貢獻，是通過人類對冰凍圈資源的需求以及資源對人類的效用改善人類福祉的過程（圖1）。人們希望可以建立最大化和最優化途徑，充分、可持續地利用冰凍圈服務以造福人類。與冰凍圈服務相對應，冰凍圈也給人類社會帶來很多負面影響，其致災效應包括因所有冰凍圈要素變化引起的對人類社會和經濟發展的損害，如山洪、冰川泥石流、風雪流、雪崩/冰崩、冰川躍動、凍脹與融沉等。冰凍圈致災效應揭示了人類對冰凍圈災害的暴露度和脆弱性，以及由此而引起的災害風險（圖 1）。人們希望建立風險最小化途徑，以避免潛在的社會、環境和經濟負面影響。
冰凍圈對人類社會的影響與冰凍圈變化過程密切相關。隨著全球變暖和冰凍圈加速退縮，冰凍圈功能及其服務在一些地區已經呈現減弱跡象，預估這種情況可能繼續加劇，從而導致冰凍圈功能進一步的衰退和喪失（圖 1）；同時，由於冰凍圈融化伴隨著釋能、釋水和釋碳等極端或異常過程，引發的冰凍圈災害也呈加劇態勢，加之冰凍圈及其影響區域人口和經濟體量較以往越來越大，這些過程對人類社會的致災影響正在產生重大而深刻的變化。與頻發、顯見的冰凍圈災害相比，冰凍圈致利功能的減退和喪失過程較為漫長，但很有可能導致不可逆後果，需要特別關注。
冰凍圈人文社會學旨在闡釋冰凍圈和人類社會的關係，刻畫冰凍圈及其影響區域的社會、經濟、文化和政治等屬性，採用人文社會學（主要是社會學和經濟學）的視角和分析手段，揭示和量化冰凍圈變化對人類社會的現實和潛在影響。通過客觀預判冰凍圈災害和冰凍圈功能及其服務衰退帶來的影響和風險，儘可能找到風險最小化、服務最大和最優化，以及區域社會-生態系統適應、恢復和轉型的路徑，從而為冰凍圈及其影響區域的可持續發展決策提供依據。本文在分析冰凍圈影響區人文社會特徵的基礎上，著重就冰凍圈服務相關內容進行論述。
全球冰凍圈核心區及其主要影響區域的人文社會特徵
全球冰凍圈主要分佈在高緯度的南、北極地區和中低緯度的高山地區，但冰凍圈對社會經濟的影響不只侷限於冰凍圈核心區內，其相關過程還會輻射到冰凍圈外圍地區（即冰凍圈影響區）。冰凍圈核心區總體上環境惡劣，人口相對較少，經濟產業相對原始、單一，交通和信息落後；部分區域還長期是公共疆/海域，相對封閉獨立，形成了多種多樣的民族和宗教語言文化，以及獨具特色的法律體系和民族區域自治制度。冰凍圈影響範圍可從局地、區域延伸到全球；其主要影響區域，如全球海岸帶地區和一些大江大河的下游地區，社會經濟文化發展水平較高，甚至成為一些國家或地區的政治經濟文化中心。
兩極地區。北極地區橫跨俄羅斯、加拿大、美國阿拉斯加、冰島、丹麥格陵蘭、瑞典、芬蘭、挪威，永久居民約 400 萬；其中，原住民佔 10%，涵蓋 20 多個民族。冰凍圈原住民世代生活在冰凍圈區，在冰上捕獵獲取食物，因紐特人還居住在圓頂冰屋，這種獨特的生存模式和生活習俗，以及由此產生的社會經濟結構與冰凍圈環境密切相關。隨著冰凍圈環境的變化，以及交通網絡的改善和外來文化的進入，近年來北極地區傳統社會經濟文化不斷遭受衝擊，人口數量逐漸下降、老齡化程度加重。南極地區終年被巨大冰蓋覆蓋，無人定居於此，是地緣政治的敏感地區，也是科學研究和探險的理想場所。目前，來自全球的南極科學考察隊員人數在每年冬夏間可達到 1 100—4 400 人。
全球高山地區。全球高山地區被譽為“水塔”，這與區域冰川、凍土和積雪提供的水資源密切相關。這些“水塔”在全球水循環中扮演著極其重要的角色，確保了高山地區及其下游地區大量的自然和人類用水需求。歷史上人類依水而居，形成了獨特的流域社會經濟文化形態，這與冰凍圈融水供給密切相關，在中亞等乾旱內陸地區表現尤為明顯。目前，全球分別有 2.5 億人和 16 億人（約佔全球的 22%）居住在全球高山地區和其下游地區，國內生產總值（GDP）則分別佔到全球的 4% 和 18%，高山地區的冰凍圈水資源對相關流域社會、經濟發展起著舉足輕重的作用。高山地區冰凍圈也為冰雪旅遊產業的發展提供了得天獨厚的優越條件。例如，阿爾卑斯山冰凍圈旅遊發展已經相對成熟。此外，世界上較多雪山及其融水補給的湖泊、河流和孕育的動、植物還為一些宗教和信仰提供了自然載體，對當地社會的文化結構產生了深刻影響。
全球海岸帶和島嶼等低窪地區。該區域是全球冰凍圈通過影響海平面升降而間接影響的地區。這些地區人口規模大，特別是海岸帶地區是當前人口密度最大的地區，全球 28% 的人口（約 19 億）生活在距離海岸線不到 100 km、海拔不到 100 m 的沿海低地，人口超過 500 萬的大城市中有 17 個也分佈於該區域。由於山地冰川和極地冰蓋退縮，以及海洋熱膨脹等因素影響，海岸帶地區社會-生態系統正在並將持續受到海平面上升及相關極端天氣事件的威脅。
冰凍圈功能、服務與人類福祉
基本概念
冰凍圈功能包括能量轉換、物質（尤其是水體）儲存與遷移、承載、天然冷能儲存與釋放、地表侵蝕或固結等內容，這些功能獨立存在於自然界中，均是冰凍圈的自然屬性。冰凍圈服務指冰凍圈能夠為人類社會提供的各種惠益。水體處於凍結狀態是冰凍圈區別於其他圈層或其他環境要素的主要特性；冰凍圈過程反映了冰凍圈自身變化及其與其他圈層的相互作用。冰凍圈具有服務能力是由其特定的功能決定的，是冰凍圈自身環境特性和冰凍圈獨特的結構和過程綜合作用的結果（圖 2）。從冰凍圈功能到冰凍圈服務，不僅研究視角發生了變化，而且研究對象也從自然界跨越到與人類社會經濟的關聯方面。
基於冰凍圈服務的形成過程及其對人類福祉的影響過程，以生態系統服務為視角、系統性和可持續性為原則，冰凍圈服務可分為供給、調節、文化、承載和支持五大類型，以及淡水資源供給服務、冷能供給服務等 18 個亞類。冰凍圈服務與冰凍圈功能之間不只是“一對一”的關係，更多的是“多對一”和“一對多”的關係（圖 2）。
人類福祉指人類健康、幸福並且物質上富足的生活狀態，是一個由多要素組成的多層次體系，具有客觀與主觀兩個內涵。千年生態系統評估（MA）將人類福祉分解為安全、維持高質量生活的基本物質條件、健康、良好的社會關係以及選擇與行動的自由5個方面。冰凍圈服務是人類福祉的重要貢獻因子，各類冰凍圈服務都或多或少，或直接或間接地對滿足人類的生理、經濟和精神文化需求帶來了一定正面影響。
冰凍圈服務對人類福祉的影響也是一個複雜的過程：① 從冰凍圈服務供給到消費需要金融資本、人力資本、建設資本和社會資本的投入，並受到社會制度、市場調節、技術水平、價值選擇等一系列社會學和經濟學過程的影響。② 供給與消費之間可能存在空間的分離，因此人類從冰凍圈服務中獲得的實際收益與服務供給之間存在著複雜的非線性關係和滯後效應。③ 人類從冰凍圈中獲得的收益對人類福祉的貢獻也存在邊際遞減效應，並受人類生活需求狀況甚至精神狀態的影響。
在全球變暖下，隨著冰凍圈加速退縮，雖然短期內一些冰凍圈功能和服務（如水資源供給）將會增強，但從長期趨勢看將不斷衰退乃至衰竭，進而對區域可持續發展和人類福祉產生深遠影響。
案例分析：全球“水塔”和極地系統的冰凍圈功能及其服務
全球高山冰凍圈服務以提供水資源和水文調節服務最為關鍵，極地冰凍圈則以極地系統對氣候調節、原住民生產生活和其他半球乃至全球尺度經濟社會影響最為顯著。這裡以全球高山“水塔”的重要性和極地系統變化為例具體闡述冰凍圈功能和服務變化及其影響。
全球“水塔”的重要性
高山冰凍圈區被譽為“水塔”，用於描述和強調高山冰凍圈在維持下游生產生活和生態用水需求方面發揮的蓄水和供水作用。與其下游地區相比，“水塔”由於地形降水或通過在冰凍圈內儲存水及湖泊儲量而延遲水的釋放，為下游地區提供了穩定的水源。以流域為基礎，我們將全球“水塔”劃分為 78 個基本單元，通過從山區“供給側”——降水量、積雪、冰川和地表水儲量 4 個維度構建供給指數，從受影響區“需求側”——生活需水、工業需水、灌溉需水和自然需水4個維度構建需求指數，利用這些綜合指標對“水塔”的重要性進行了評估。
從供給側看，“水塔”單元供水能力存在相當大的空間差異。在亞洲，青藏高原擁有豐富的冰雪資源，而且高原湖泊中儲存了大量的水，大氣降水也相對豐富，因此在供水能力上排名最高。在歐洲，北冰洋群島、冰島和斯堪的納維亞半島的“水塔”中擁有豐富的冰雪儲量，特別是冰島擁有地球上最厚的冰川，冰川儲量可觀，是其“水塔”區域內年降水量的 15 倍。南美洲安第斯山區供水能力可觀，以智利為例，其南部西風帶季節性南北波動產生豐沛的地形雨，且冰雪儲量大。在北美洲，西北地區和努勒維特、弗雷澤、太平洋和北極海岸是重要的“水塔”單元，其中西北地區和努勒維特的供水能力主要與豐富的冰雪資源以及地表水存儲有關。
從需求側看，灌溉用水需求在各大洲用水類型中都是最高的。亞洲的河流流域，特別是印度河、阿姆河、底格里斯河、恆河、雅魯藏布江和塔里木河流域，人口稠密，灌溉農業分佈廣泛，且工業和生活用水需求相對也高；因此，這些區域需水指標最高，對山區水資源依賴性極高，特別當經歷不可持續消耗地下水而用於填補巨大用水缺口時，“水塔”單元的供水能力對於滿足需求和補給含水層至關重要。
極地系統冰凍圈功能及其服務衰退風險
極地系統變化不但深刻影響當地生態環境和社會經濟，而且通過冰凍圈氣候調節服務和航道服務等產生半球乃至全球效應。以北極為例，隨著全球變暖和冰凍圈退縮，極地系統變化已對當地人類社會經濟眾多部門產生深遠影響，包括商業捕魚、北極馴鹿放牧、生計系統、旅遊業、北極非可再生資源開採、基礎設施、交通運輸、人體健康和沿海社區等。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）《氣候變化中的海洋與冰凍圈變化特別報告》（SROCC）系統評估了氣候變化對各部門產生的影響，並提出了適應措施 。
商業捕魚。氣候變化導致北極魚類丰度和分佈發生不同程度的改變，海洋生態系統變化對漁業生產力產生影響。應開展資源本底評估，解決權益問題，基於監測、研究和公眾參與決策，開展適應性管理等。
生計系統。氣候變暖導致北極地區食物分佈和豐度發生變化，另外交通可達性和交通安全，以及糧食生產、儲存和質量均受影響。應建立適應性管理系統，包括靈活調配食物種類、獲取方式和時間，動員公眾參與決策，保證生產權等。
馴鹿放牧。雨澆雪事件導致鹿群高死亡率，苔原牧場的灌叢化降低了草料質量等。應改變牧民活動方式，制定較為自由的放牧政策，確保土地使用權，加強食物補給等。
旅遊業。全球變暖環境下不斷形成開闊水域，對旅遊業帶來機遇，公眾試圖抓住“最後”旅遊機會。應鼓勵和放寬極地旅遊，增加遊客人數，提升旅遊服務質量，同時制定政策確保旅遊安全、文化完整和生態健康。
北極非可再生資源開採。隨著海冰和冰川減退，帶來一些新的開採和發展機遇，但極端水文事件和凍土退化等對生產和基礎設施產生了一定影響。應採取的適應性措施包括：開展氣候變化情景分析、優化開發方式等。
聚居區基礎設施。多年凍土退化影響地基穩定性，海岸遭受侵蝕。應開發新技術以適應凍土融沉，必要時要進行居民區搬遷。
海上運輸。雖然新增水域可以容納更多船隻，商業獲益增加，但隨著運輸繁忙，也可能對生態和環境造成負面影響。應在增加船隻和擴大旅遊業的同時增強對危險性廢棄物、溢油和安全事故的應急與管控能力。
人體健康。北極系統變化將導致食物安全和居民身心健康遭受影響。應加強食物安全研究，投入人力和財政資源支持公共項目，提高社會應對健康問題的意識。
極地系統變化影響的溢出效應還將波及極地以外地區，甚至具有全球影響。主要有：極地冰凍圈（主要是冰蓋和冰川）對水的固持功能減退，導致全球海平面上升；多年凍土碳固持功能下降，加劇溫室效應增暖風險；極地變化使極地大氣環流趨於紊亂和能量外溢，導致其影響區域極端天氣氣候事件更加頻發。這些大尺度影響，只能通過全球共同減排和保護氣候的行動加以減緩和適應。
冰凍圈服務價值化和估算
冰凍圈服務價值化是衡量人類從冰凍圈得到的所有惠益的一種重要手段，是冰凍圈經濟學的重要組成部分，其核算關係到對冰凍圈資源供給、流通和消費的綜合描述。服務價值化也是改善決策的重要基礎。例如，一個有效的冰凍圈保護和社會經濟協調發展決策需要對冰凍圈服務進行定量表述，進而對各種需求進行綜合平衡，以達到環境和社會效益的極大化。
冰凍圈服務可以體現在其產出價值，表述為特定時間和空間尺度內對人類提供惠益的價值總和，即總經濟價值（TEV）。類似於生態服務，冰凍圈服務惠益屬性可以有許多種（圖 3），可以將總經濟價值分為使用價值（UV）和非使用價值（NUV）。使用價值是指人類為了滿足消費或生產目的而使用的冰凍圈服務所產生的價值，這些服務在當前可以被直接或間接地使用，或者是在未來可以提供潛在使用價值。使用價值包括直接使用價值（DUV）、間接使用價值（IUV）和選擇價值（OV）。非使用價值是指人們在知道某種冰凍圈資源的存在（即使永遠不會被使用）確定的價值，包括遺產價值（PV）和存在價值（EV）。
冰凍圈服務價值評估與生態系統服務具有相似性。針對冰凍圈服務特點，參考生態系統服務價值評估方法，冰凍圈服務價值體系。在估算中，主觀影響帶來的不確定性，使冰凍圈價值的合理評估成為一個亟待解決的問題。近期研究越來越趨向於採取分離冰凍圈資源價值和冰凍圈服務價值，並認為冰凍圈服務價值是由冰凍圈資源投入到社會經濟系統中而實現的。冰凍圈淡水資源價值通常可以利用市場價值法（MPM）來評估，但服務價值體現在由其服務產生的社會經濟效益。冰凍圈服務價值將同時取決於資源供給和服務需求 2 個方面。
冰凍圈及其影響區社會-生態系統恢復力建設
全球變暖背景下冰凍圈不可逆變化將首當其衝
工業革命以來，人類活動對氣候及生態系統造成全球性影響，地球系統不斷走出全新世有規律的冰期-間冰期旋迴，進入了“人類世”新紀元。如果未來人類排放溫室氣體繼續加劇，生態系統將持續退化，最終很可能致使地球系統越過行星邊界而走向“熱室地球”（圖 4）。
隨著地球系統進入人類世，在地球系統中有諸多子系統正在趨向達到某一閾值而發生狀態的不可逆遷移，難以從當前狀態回到以前，可能導致嚴重負面後果。這類子系統被稱為不可逆要素，亦稱臨界要素（tipping elements）。當前，因為全球變暖而顯現出的臨界要素及其臨界點（tipping point）正在逐步顯現 （圖 4）。
由於冰凍圈對氣候變暖高度敏感，當前顯現出的眾多臨界要素中，大多數與冰凍圈密切相關，包括北極海冰、格陵蘭冰蓋、南極冰蓋、多年凍土和高山冰川等。冰凍圈臨界要素與其他要素相比更容易達到臨界點，甚至有可能在 1.5℃ 和 2.0℃ 溫升目標內就發生逆轉。IPCC 於 2018 年發佈了《1.5℃ 溫升特別報告（SR 15）》。報告關注了全球溫升 1.5℃ 和 2℃ 情景下 10 個臨界要素的變化風險，包括北極海冰、苔原、多年凍土、亞洲季風、西非季風和薩赫勒地區、雨林、北方針葉林、熱浪與人體健康、關鍵農作物系統、熱帶亞熱帶牧業系統等。這些臨界要素中有 6 個與冰凍圈直接相關，級聯相關的臨界要素則更多。冰凍圈臨界要素如若發生逆轉，勢必引起冰凍圈功能及其服務的衰退甚至喪失，潛在的冰凍圈臨界要素不可逆變化將成為社會-生態系統和人類福祉的巨大威脅。
冰凍圈及其影響區社會-生態系統恢復力路徑
在全球變化背景下，冰凍圈快速變化已對局地和區域乃至全球社會-生態系統產生了廣泛而深刻的負面影響，主要體現在對冰雪旅遊業系統、寒區畜牧業系統、乾旱區綠洲農業系統、冰凍圈災害承災區系統、寒區重大工程、海岸和海島國家安全、極地棲息地系統等的綜合影響。
加強冰凍圈及其影響區社會-生態系統恢復力建設是應對冰凍圈功能及其服務衰退挑戰並實現區域可持續發展的重要途徑。社會-生態系統恢復力建設以降低脆弱性為總目標，從系統科學視角維持和培育系統應對外界脅迫而保持穩定性的能力，為環境問題的政策制定和管理提供了一個非常實用的框架。IPCC第五次氣候變化評估報告將“氣候恢復力路徑”定義為：通過將適應和減緩相結合減輕氣候變化及其影響的可持續發展軌跡，這一定義不僅將恢復力與可持續性動態路徑有效連接，而且強調了適應和減緩在氣候恢復力建設中的作用。冰凍圈及其影響區域的社會-生態恢復力建設也要將減緩和適應有機結合，以共同應對冰凍圈變化以及其他外界壓力對區域社會-生態系統的影響。
由於冰凍圈的氣候依賴性，減緩全球氣候變暖是維持冰凍圈功能健康、保障冰凍圈服務持續穩定供給、減輕冰凍圈災害風險、增強冰凍圈及其影響區恢復力的根本途徑。如果將冰凍圈在全球變暖下的臨界值和冰凍圈服務的有效供給能力考慮在內，實際上我們需要拿出比《巴黎協定》更強有力的溫室氣體減排行動。
在全球持續變暖、大多數冰凍圈要素髮生不可逆變化的背景下，適應將是目前應對冰凍圈變化及其影響、提升冰凍圈影響區恢復力的主要途徑。在大多數受冰凍圈影響的地區，自然環境脆弱，社會經濟水平相對較低。國際和國家層面應該籌措更多的資金加強冰凍圈及其影響區域的適應能力，包括髮展當地經濟和教育、改善基礎設施、移民搬遷等。
建立穩健的冰凍圈及其影響區社會-生態系統監測、評估、預警和決策系統將是加強恢復力建設的基礎和關鍵，當前已迫在眉睫。具體方案和流程應該包括： 基於定位觀測、遙感和模型模擬等手段，定期開展冰凍圈變化評估，包括當前狀態和預期的未來變化；通過社會經濟統計、實地調查和參與性訪談，摸清冰凍圈及其影響區域暴露度和脆弱性動態；耦合冰凍圈變化和區域社會-生態系統動態，進一步評估並發現問題，從而提供更明晰的系統演化信息，包括準確的早期預警等； 通過不同利益相關者之間的參與對話，探討加強恢復力建設的潛在解決方案；綜合評估不同方案的成本和後果，從而做出更合理的規劃和決策；持續監測和評估系統動態，包括解決方案的實施情況，當有更好的解決方案時不斷調整原有計劃。
人類社會的發展歷程與獲取大自然的惠益密不可分，作為自然系統的一部分，冰凍圈與人類社會息息相關。分析冰凍圈功能及其服務是理解全球和區域人文社會及其發展的重要途徑，是人類合理應對氣候變化影響、可持續利用冰凍圈資源的基礎。本文力圖從基本概念的建立、理論框架的發展到實踐應用，架設冰凍圈自然屬性與社會人文屬性之間的橋樑，闡明冰凍圈的社會經濟效應，特別是氣候變化背景下對社會發展的種種衝擊，喚醒危機意識。當然，我們的認識尚不全面，今後需在不斷深化研究的過程中加以完善。
未來更系統地研究還應包括以下 6 個方面： 冰凍圈在人文社會中的服務作用； 冰凍圈功能、服務與人類福祉的關係；冰凍圈資產評估與價值化以及冰凍圈經濟學； 冰凍圈功能與服務區劃，冰凍圈各類服務的權衡與協同關係； 冰凍圈影響區恢復力建設和可持續發展； 冰凍圈地緣政治。冰凍圈人文社會學的深化研究和日臻成熟，必將更好地服務於可持續發展，造福全人類。
（作者：效存德，北京師範大學地表過程與資源生態國家重點實驗室主任、教授、博士生導師； 王曉明，中國科學院西北生態環境資源研究院 冰凍圈科學國家重點實驗室；蘇 勃，北京師範大學 地表過程與資源生態國家重點實驗室。《中國科學院院刊》供稿）
