[科普中国]-2018年海洋升温创新高，或将导致气候系统剧变

据中科院大气物理研究所的消息，由该所联合多个国内外机构发布的最新海洋观测数据显示，2018年海洋升温又创新高，成为有现代海洋观测记录以来海洋最暖的一年。数据显示，2018年全球上层2000米海洋热含量比1981年至2010年的平均状态高了19.67×10^22焦耳，比历史第二高的年份2017年高出0.91×10^22焦耳——相当于中国2017年全年发电量的约388倍，广岛原子弹爆炸释放出能量的1亿倍。全球海洋热量升高的主要原因是海水温度上升，新的数据表明：上层2000米海水过去60年大约平均变暖了0.13摄氏度，表层比深海变暖更剧烈。该报告作为封面文章发表在英文杂志《大气科学进展》2019年第三期。越来越暖的海洋海洋正在变暖，而变暖归因于温室效应。全球变暖的本质是由于燃烧化石燃料（如煤、石油）等人为活动向大气释放二氧化碳等温室气体，产生的温室效应像“不断变厚的大棉被”盖在地球表面，导致整个地球系统的能量（主要是热量）增加了，而这部分增加的热量首先被传递到了地表与海表的大气中，导致了地表/海表大气温度升高；紧接着热量又被传递与保存在了比热容更大的海水之中，导致了海洋从表层到深层的陆续变暖。图：冰芯记录反演出的45万年以来大气二氧化碳浓度变化（红线）与温度变化（蓝线），二者在45万年以来一直保持着良好的相关关系：二氧化碳升高，温度同步升高在大部分评论文章与《巴黎协定》气候政策限定的1.5-2℃升温限制目标中，其全球变暖都指的是“全球平均地表/海表大气温度升高”，而地球93%左右增加的热量事实上被最终保存在海洋里，因此海洋温度的升高数值才是全球变暖的核心指标。大气温度受厄尔尼诺等气候事件的影响很大，因而表现出一定程度上的波动与不稳定，以大气温度为指标便让一部分政府人士借机宣扬全球变暖是假的、不存在的。事实上短时间地表/海表温度增加速度的减弱仅仅是海气相互作用的自然变率的产物，是由于海洋能量在不同深度间的输送导致的，全球变暖并未停滞，而是以前所未有的速度加速变暖！今年1月份，中国科学院大气物理研究所成里京研究团队最新的研究成果证实了这一观点（同时也催生了这篇文章）：海洋正在持续加速变暖。成里京通过CMIP5模型校正了以往错误的海洋热含量估算方法，结合近几年随着Argo剖面浮标的布放开始积累的上层2000米的海水温度数据，最终计算出上层2000米海洋的变暖速率从1991年的0.55瓦/平方米增加到目前的0.68瓦/平方米。这解释了先前以大气温度指标所显示变暖停滞（Hiatus）现象与争议。按照这样的变暖趋势，即使人类社会践行《巴黎协定》并在2100年前达到其要求的节能减排目标，全球上层2000米海洋的温度也将平均升高0.4℃，这比过去60年海洋的变暖速率快太多了！图：全球海洋温度升高模式图（Lijing Cheng,2019）。灰色区域内上方粉色（RCP8.5）与下方紫色（RCP2.6）的线分别代表人类社会未来不施行任何气候政策或者未来接近或达到《巴黎协定》目标分别对应的本世纪末不同的海洋变暖数值海洋变暖在为气候系统剧变积蓄能量海洋变暖会引发一系列气候与生态系统的变化。长久以来，人们都认为气候变化应该是缓慢的、线性的、足够人类去慢慢适应与改变的。然而，随着突变理论的提出与越来越多的生态学证据的被发现，人们开始留意到：很多情况下生态系统会在某一临界时刻发生剧烈的状态突变（Regime Shift），迅速脱离当前的稳态并抵达下一个截然不同的稳态。如果把生态系统比作一个在一个脸盆里面来回摆荡的球，环境变化就是施加在这个小球上的作用力。一开始小球受力后会稳定在一个脸盆中来回摆荡，但当持续不断的作用力使得小球在盆里摆荡的幅度越来越大，直至摆动到脸盆的边缘之后，再出现一点点的诱因（Triggers）就会使小球直接滚出脸盆，引发小球运动状态的突变。这种效应反映在股市中就是金融危机，反映在生态系统上就是物种组成突变（森林可能突变成草原），反映在地质历史上就可能是一次的生物大灭绝事件。图：1977与1989两次观测到的太平洋生态系统上的生态系统突变，其中的生态系统状态（Ecosystem state）参数是综合了31条气候参数观测时间序列与69条生态参数观测时间序列之后计算得出。（Hare,S.R,2000）从地球整体生态系统的角度来看，全球海洋变暖正在触发生物多样性降低、冻土融化、冰川融化等多种环境变化过程。这些变化正在一点点的破坏着生态系统的整体稳态，推着“小球”晃动的越来越剧烈与不安定。如果我们不在早期对全球海洋变暖引发的各种早期环境变化进行研究与干预，如果任由变化酝酿积累，不久的未来地球的生态可能会发生灾难性的突变。1.生物多样性降低：生物多样性是维持生态系统稳定最重要的因素，而温度是生态系统维稳的最重要基础参数。珊瑚组成的群落被誉为海洋中的“热带雨林”，是海洋系统物种多样性的极重要的组成部分。数据显示珊瑚共生藻对于温度的不适应，海洋变暖与随之而来的海洋酸化正杀死着大片的珊瑚，“雨林”正在变成死寂沉默的“荒漠”。图：珊瑚存活与死亡（白化）对比，珊瑚白化不仅会导致珊瑚死亡，同时栖息在珊瑚群落中的其他生物也将失去家园2.永久性冻土融化：甲烷是一种比二氧化碳更强的温室气体，以单位分子数而言,甲烷的温室效应要比二氧化碳大上25倍。大量的甲烷正被长期冰封储存在高纬度的永久冻土带中，对现在地球上的人类文明来说，这就像是埋起来的“温室气体炸弹”。全球变暖引起冰川与冻原的消融，会降低日照反射率，暴露出来深色的岩石土壤会吸收更多能量，非线性的加速消融，促成甲烷快速释放。图：永久冻土带正在融化并形成巨大的塌陷坑。目前最大的冻土带塌陷坑位于西伯利亚，有86米深并且正在加速扩大3.南极冰架融化：南极的冰是由内侧垒在陆地上的冰川以及外围浮在海上的冰架组成的。NASA的卫星图像显示由于海洋变暖，冰架的融化正在不断加快。如果百米厚的冰架如果彻底消失，随之而来上游冰川融化、崩解并砸入海洋会使海平面上升速度猛增。海平面上升对沿海地区面临的威胁最大，而全世界最繁华的城市一般都在沿海三角洲与平原，即便海水面只升高30cm，造成的影响都非常巨大！高海拔陆上冰川与雪山同样在消融，改变水循环以及水汽的再分配，影响陆地气候。两极的冰川融化不止严重威胁北极熊等极地生物的生存，古老冰川里还冷冻保存着许多在地球其他地方已经几乎绝迹了的细菌与病毒,其中有一些是曾在人类历史中肆虐过的病毒（如炭疽病毒等）,另一些古老的病原体都不曾在人类史上出现过，他们与地球历史一道被封存在古老的冰川之中，却正在一点点融化出来恢复活性...图：南极洲拉森冰架30年卫星图像对比图（资料来源 NASA，2017.2.9），黄线、红线、与紫线分别表示1986，2002，2016拉森冰架的范围，拉森冰架背后即是在陆地上体积巨大的克兰冰川与格林冰川保护海洋，就是保护人类自己！海洋的气候前景并不乐观。2018年4月，地球大气二氧化碳浓度已经上升至410.3 ppm (Parts per million，百万分之一），而这已经是地球80万年历史以来大气二氧化碳浓度最高值！作为地球上的“主人公”，我们不能对海洋的不断暖化袖手旁观。虽然我们无法改变海洋已经变暖的现实，但仍可以尽自己的微薄之力来限制二氧化碳排放，减缓变暖的趋势。人类社会大规模的燃烧化石燃料释放二氧化碳归根到底是为了获取能源，而我们身边就存在着非常多的能源浪费的现象：不随手关电灯、把空调温度调的过低或是过高等等，每一度电、每一点能源的浪费都代表着每一块多余的煤炭的燃烧与每一点过剩的二氧化碳排放。作为一个普通民众，抑制全球变暖就是践行节能减排，践行节能减排的关键是树立对气候变化的危机意识。厦门大学特聘教授、古海洋与现代海洋生地化循环专家高树基老师曾经在课上说过：“大气系统里积累的热焓像一个被推起来的玩具车，容易被改变也容易被终止；但是海洋却像是一个大卡车，如果不及时减缓其变化速度，累积的动量将把整个地球气候系统推向一个新的未知...”保护海洋，就是保护人类自己！作者| 倪司麟 厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室博士审稿| 高树基 厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室教授编辑| 王波文章由腾讯科普“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自“科普中国”