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(上图)全球上层2000米海洋热含量的变化:过去的变化和未来的估计。右边的样条是从2081到2100的估计值。(下)新的海洋热含量估算显示，同期海洋升温速率高于气专委第五次评估报告中的五项估算。气候模型的同期模拟结果与新的观测和估算结果一致。(上图)全球上层2000米海洋热含量的变化:过去的变化和未来的估计。右边的样条是从2081到2100的估计值。(下)新的海洋热含量估算显示，同期海洋升温速率高于气专委第五次评估报告中的五项估算。气候模型的同期模拟结果与新的观测和估算结果一致。

来源:中国科学日报

海洋变暖是全球变暖的核心和基本政策。海洋变暖了吗？是怎么变暖的？无论是公众还是科学家，这场争论的焦点仍然是海洋观测数据的不确定性。

1月10日，中国科学院大气物理研究所(以下简称大气物理研究所)副研究员陈立静与加州大学伯克利分校的豪瑟德和美国大气研究中心的特伦伯斯在《科学》杂志上发表论文，再次回答了海洋变暖研究领域的一个重要问题:过去60年海洋加速了变暖，本世纪变暖还将继续。

关于海洋变暖的争论

地球系统的能量增加表现为全球气温上升、海洋变暖、冰川融化等。由于海水的比热容大，海洋积累了全球变暖的主要信号:全球变暖的能量有90%储存在海洋中。

2000年，美国国家海洋与大气管理局的研究人员s. Levitus在《科学》杂志上发表了一篇文章，首次公布了全球上层海洋热量含量的时间序列变化。自从20世纪下半叶发现全球海洋地下变暖现象以来，全球海洋变暖的程度一直是一个有争议的问题。

“关于海洋变暖程度的争论源于过去海洋观测数据的质量和数量不足。”程向介绍了《中国科学日报》。

他解释道，“海洋异常广阔，平均深度为4000米。目前的观测方法主要是在海拔2000米以上。在阿尔戈浮标观测网于2005年建成之前，南半球和世界各地700米以下深海的观测相对较少。”

尽管在2005年之后，海洋科学家在海洋中放置了一些新的仪器Argo，并获得了对全球海洋热含量的更好的估计，但他们将永远无法在2005年之前穿越，重新使用高精度仪器来观察过去的海洋状况。这导致了历史海洋数据的不确定性。

不确定数据的一个例子是，在2013年发布的第五次世界政府间气候变化评估报告(气专委第五次评估报告)中列出的1971年至2010年的五个海洋热含量变化趋势预算中，最小的估计值仅为最大估计值的一半。

自IPCC-AR5发布以来，研究人员发现传统的预算方法低估了过去几十年海洋热含量的增长速度。

在过去，预算不确定性的来源主要是“世界上的传统估计假设在海洋观测相对较差的地区海洋变化为零，换句话说，只要没有观测，它就假设海洋没有变化。这一假设大大低估了过去几十年海洋变暖的速度。程丽静说，不确定性的另一个来源是“错误的历史观测数据的修正方法(扔掉温度计XBT)不是最佳方法”。

海洋升温速率预算的不确定性，一方面限制了人们对全球变暖的科学理解，影响了地球系统的能源失衡和气候敏感性等关键气候参数的预算。另一方面，它也阻碍了气候模型的评估。从能源变化的角度来看，气候模型能否准确反映过去的气候变化，进而对未来做出合理的预测？

新技术与新认知:海洋变暖加速

大气物理研究所的团队在过去的几年里解决了海洋热含量估算中的一系列问题。

2014年公布的海洋数据(XBT抛弃式温度计)的修订方法是当前的“世界标准”，并已在美国海洋与大气管理局国家海洋环境信息中心的诺阿/NCEI数据库中使用。2019年，英国气象局哈德利中心也将使用团队的修订方法。

该团队从2016年到2017年提出了一种新的“空间插值”方法。该方法有效地解决了以往方法中的系统误差。根据这些发展，新的热含量估计显示了前历史海洋更强的变暖速率，并且海洋变暖在20世纪90年代后加速。

发表在《科学》杂志上的论文是对近年来整个海洋变暖研究领域主要进展的提炼和总结:包括大气物理研究所、日本气象厅、美国普林斯顿大学和澳大利亚在内的一些新进展已经能够获得更准确的历史海洋变暖预算。新预算显示海洋变暖比传统预算更严重。

展望未来，海洋变暖在未来会有多严重？基于气候模型的预测可靠吗？文章证实，统一的CMIP5模式集合能够很好地模拟过去海洋变暖的情况:从1970年到2010年，CMIP 5号模拟的2000米上层海洋变暖速率为0.39Wm-2，与最新观测值几乎相同，从而大大提高了模型对未来预测的可信度。

根据气候模型，假设未来不实施气候政策，整个上层2000米的海洋将均匀升温0.78摄氏度(与1991年至2005年的均匀状态相比)，这是过去60年海洋升温总量的6倍，海洋升温速度将继续加快。假设未来将接近或达到《巴黎协定》的指导方针，2081年至2100年期间，2000米的上层海洋将平均升温0.4摄氏度，升温速度将在本世纪下半叶下降。

据此，对于海洋变暖来说，未来会发生更强的变暖。程力景表示，这是由于海洋的强大稳定性及其对全球变暖的“滞后”反应。因此，本文提醒我们关注海洋变暖，以便更好地应对海洋变暖带来的气候风险。

关注海洋和未来

为什么我们应该重视海洋变暖？“海洋和全球变暖已经对人类和生态环境造成了严重影响。如果不加以控制，将会导致更严重的后果。”程对说道。

例如，由于海洋变暖和酸化，以大堡礁为代表的海洋珊瑚礁系统经历了三年的大规模漂白。他说，如果全球变暖继续下去，到本世纪末，超过99%的珊瑚礁系统将被漂白。珊瑚礁是25%海洋生物赖以生存的环境，也是海洋中的“热带雨林”。

2018年的“山形”和“瑞安”等飓风给着陆点造成了巨大的经济和社会损失。“海洋是飓风和飓风等极地气候的能源。海洋变暖将导致未来更强的飓风和更多的降水。”程丽晶表示，根据世界政府间气候变化评估报告，随着海洋持续变暖，飓风及其降水等极端事件将会增加。

与此同时，海洋变暖将继续降低海水中的溶解氧含量，影响海洋生态系统，从而影响人类对海洋渔业资源的利用。

此外，海水温度上升的热膨胀效应造成当前海平面变化的1/3左右，海洋变暖将继续推高全球海平面，给沿海、低洼和小岛屿地区带来越来越多的气候风险。

“自2009年以来，我们一直在讨论海洋观测数据，系统地探索如何纠正海洋观测数据中的错误，从而确保高质量的观测数据。”程说，“今后，我们将继续深化海洋观测和热含量领域的探索:我们将继续提高早期(1870-1955年)观测数据的质量，我们计划将目前海洋热含量的时间序列延长到更早的时期。”

这是因为长达一个世纪的全球变暖始于19世纪末的工业革命。对于工业革命后海洋变暖的程度，需求是明确的，但目前海洋热含量的时间序列最早只能达到1940年。

此外，他的团队将继续探索海洋能量变化的物理机制:热量如何从上层海洋传递到深海？在人类生活中，海洋热传递和地表温度变化之间有什么关系？这些科学问题的答案将增加人们对气候系统的理解，从而科学地指导气候预测和政策制定。

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