?。ㄉ蠄D）全球上層2000米海洋熱含量變化：過去的變化和未來預(yù)估。右側(cè)樣條為2081-2100年預(yù)估值。

　?。ㄏ聢D）新的海洋熱含量估計比IPCC-AR5中的五個估計顯示出更強的同期海洋變暖速率。氣候模型的同期模擬結(jié)果和新的觀測估計一致。

　　海洋變暖是全球變暖一個核心和最基本的指標。海洋是否變暖、如何變暖？不論是公眾還是科學(xué)家，對此爭議的焦點仍在于海洋觀測數(shù)據(jù)的不確定性。

　　1月10日，中國科學(xué)院大氣物理研究所（以下簡稱大氣物理所）副研究員成里京聯(lián)合美國圣—托馬斯大學(xué)J. Abraham、加州大學(xué)伯克利分校Z. Hausfather和美國大氣研究中心K. Trenberth在《科學(xué)》上撰寫論文，再次回答海洋變暖研究領(lǐng)域的重要問題：海洋在過去60年加速變暖，且變暖將在本世紀持續(xù)。

　　海洋變暖的爭議

　　地球系統(tǒng)能量增加表現(xiàn)為全球氣溫升高、海洋增溫、冰川融化等。由于海水比熱容較大，海洋累積了全球變暖的主要信號：90%的全球變暖能量儲存在海洋中。

　　自美國海洋和大氣管理局NOAA研究員S. Levitus于2000年在《科學(xué)》撰文正式發(fā)布第一條全球上層海洋熱含量變化時間序列，發(fā)現(xiàn)20世紀下半葉全球海洋次表層升溫的現(xiàn)象以來，全球海洋到底變暖了多少，一直是一個爭議不斷的問題。

　　“海洋變暖多少的爭議來源于過去海洋觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量的不足。”成里京向《中國科學(xué)報》介紹。

　　他解釋道，“畢竟海洋面積異常廣闊，平均深度達4000米，人類目前的觀測手段僅僅主要在上層2000米。在2005年Argo浮標觀測網(wǎng)建成之前，在南半球以及全球700米以下深海的觀測都較為稀少。”

　　雖然2005年之后，海洋科學(xué)家們在海洋中布放了一些新的儀器Argo，得到了較好的全球海洋熱含量估計，但是他們永遠無法穿越到2005年之前，重新用高精度的儀器觀測過去的海洋狀況。這造成了歷史海洋數(shù)據(jù)的不確定性。

　　數(shù)據(jù)不確定的一個例子是，在2013年發(fā)布的國際政府間氣候變化第五期評估報告（IPCC-AR5）列出的5個1971至2010年間海洋熱含量變化趨勢估算中，最小的估計竟只有最大的估計的一半。

　　而自IPCC-AR5發(fā)布以來，研究人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的估算方法低估了過去幾十年海洋熱含量上升速率。

　　以往估算不確定性來源主要是“國際上傳統(tǒng)的估計在海洋觀測較為貧乏的區(qū)域假設(shè)海洋變化為零，換句話說，只要沒觀測，就假設(shè)海洋不發(fā)生任何變化。這種假設(shè)極大地低估了過去幾十年海洋變暖的速率”。成里京說道，另一個不確定性來源是“有偏差的歷史觀測數(shù)據(jù)（拋棄式探溫儀XBT）的訂正方法不是最優(yōu)的方法”。

　　對海洋變暖速度估算的不確定性，一方面限制了人們對全球變暖的科學(xué)認知，影響地球系統(tǒng)能量不平衡、氣候敏感性等關(guān)鍵氣候參數(shù)的估算；另一方面也阻礙了對氣候模型的評估，從能量變化的角度，氣候模型能否準確反映出過去的氣候變化，進而對未來做出合理預(yù)估呢？

　　新技術(shù)新認知：海洋變暖在加速

　　大氣物理所團隊多年研究解決了歷史海洋熱含量估計中的一系列問題。

　　其2014年發(fā)表的海洋數(shù)據(jù)（拋棄式探溫儀XBT）訂正方法是現(xiàn)在的“國際標準”，已經(jīng)被用于美國海洋和大氣管理局國家海洋環(huán)境信息中心NOAA/NCEI的數(shù)據(jù)庫中。2019年英國氣象局哈德來中心也將使用該團隊的訂正方法。

　　該團隊于2016—2017年提出了新的“空間插值”方法。該方法有效解決了以往方法中的系統(tǒng)性偏差?；谶@些進展提出的新的熱含量估計顯示出更強的歷史海洋變暖速率，且海洋變暖在上世紀90年代后加速。

　　此次在《科學(xué)》雜志發(fā)表的論文是對整個海洋變暖研究領(lǐng)域近年來主要進展的提煉和綜合：包括大氣物理所、日本氣象廳、美國普林斯頓大學(xué)、澳大利亞在內(nèi)的一些新進展已經(jīng)能夠得到更準確的歷史海洋變暖估算，新的估算比傳統(tǒng)估算顯示出更強的海洋變暖。

　　將目光放在未來，未來海洋變暖將有多強？基于氣候模型的預(yù)估是否可靠？文章證實，耦合模式比較計劃5（CMIP5）模型集合平均可以非常好地模擬歷史海洋變暖：1970—2010年間，CMIP5模擬的海洋上層2000米變暖速率為0.39 Wm-2，與最新的觀測幾乎一致，因此極大提升了模型對未來預(yù)估的可信度。

　　根據(jù)氣候模型預(yù)估，假設(shè)未來不施行任何氣候政策，2081—2100年間，整個上層2000米海洋將平均變暖0.78攝氏度（相對于1991—2005年間的平均狀態(tài)），這是過去60年海洋變暖總量的6倍，海洋變暖速率持續(xù)加速；而假設(shè)未來將接近或達到《巴黎協(xié)定》目標，2081—2100年間海洋上層2000米將平均變暖0.4攝氏度，且變暖速率在本世紀下半葉降低。

　　據(jù)此，對海洋變暖來說，更強的變暖發(fā)生在未來。成里京表示，這是因為海洋具有很強的穩(wěn)定性，其對全球變暖的響應(yīng)具有“滯后性”。因此，這篇論文提醒關(guān)注海洋變暖，以期更好地應(yīng)對海洋變暖帶來的氣候風(fēng)險。

　　關(guān)注海洋關(guān)注未來

　　為什么要關(guān)注海洋變暖？“海洋和全球氣候變暖對人類和生態(tài)環(huán)境都已經(jīng)造成了嚴重的影響，若不治理，將造成更嚴重的后果。” 成里京說道。

　　例如，由于海洋變暖和酸化，以大堡礁為代表的海洋珊瑚礁系統(tǒng)經(jīng)歷了連續(xù)三年大規(guī)模白化事件。他介紹，如果全球變暖持續(xù)，本世紀末99%以上的珊瑚礁系統(tǒng)將白化消亡。而珊瑚礁是25%的海洋生物賴以生存的環(huán)境，是海洋中的“熱帶雨林”。

　　2018年的臺風(fēng)“山竹”、颶風(fēng)“萊恩”等給登陸地造成了極大的經(jīng)濟和社會損失。“海洋是臺風(fēng)、颶風(fēng)等極端天氣的能量來源，更暖的海洋將導(dǎo)致未來臺風(fēng)更強、降水更多。”成里京說，根據(jù)國際政府間氣候變化評估報告預(yù)估，隨著海洋持續(xù)變暖，臺風(fēng)等極端事件及其降水都將增加。

　　同時，更熱的海洋會持續(xù)降低海水中的溶解氧含量，影響海洋生態(tài)系統(tǒng)，進而影響人類利用海洋漁業(yè)資源。

　　此外，海水溫度升高的熱膨脹效應(yīng)貢獻了目前海平面變化的約1/3，不斷變暖的海洋將持續(xù)推升全球海平面，給沿海、低洼和小島嶼地區(qū)帶來越來越多的氣候風(fēng)險。

　　“從2009年起我們就開始研究海洋觀測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性探索如何修正海洋觀測數(shù)據(jù)中的偏差，從而保證高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)。”成里京表示，“未來一段時間，我們將持續(xù)在海洋觀測和熱含量領(lǐng)域深耕：繼續(xù)提高更早以前的（1870—1955年）觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，我們計劃將現(xiàn)在的海洋熱含量時間序列擴展到更早的時期。”

　　這是因為，百年來的全球變暖是從19世紀末工業(yè)革命開始的，需要明確工業(yè)革命后海洋到底變暖了多少，但目前的海洋熱含量時間序列最早只能到1940年。

　　除此以外，其團隊還將持續(xù)探索海洋能量變化的物理機制：熱量如何從上層海洋傳遞到深海？海洋熱量輸送和人類生活的地表溫度變化有什么聯(lián)系？這些科學(xué)問題的回答將增加人們對氣候系統(tǒng)的認知，進而科學(xué)指導(dǎo)氣候預(yù)估以及政策制定。