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

1月10日，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所（以下簡(jiǎn)稱大氣物理所）副研究員成里京聯(lián)合美國(guó)圣—托馬斯大學(xué)J。 Abraham、加州大學(xué)伯克利分校Z。 Hausfather和美國(guó)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(wèn)題：海洋在過(guò)去60年加速變暖，且變暖將在本世紀(jì)持續(xù)。

海洋變暖的爭(zhēng)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(hào)：90%的全球變暖能量?jī)?chǔ)存在海洋中。

自美國(guó)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(shí)間序列，發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)下半葉全球海洋次表層升溫的現(xiàn)象以來(lái)，全球海洋到底變暖了多少，一直是一個(gè)爭(zhēng)議不斷的問(wèn)題。

“海洋變暖多少的爭(zhēng)議來(lái)源于過(guò)去海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量的不足。”成里京向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹。

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

雖然2005年之后，海洋科學(xué)家們?cè)诤Ｑ笾胁挤帕艘恍┬碌膬x器Argo，得到了較好的全球海洋熱含量估計(jì)，但是他們永遠(yuǎn)無(wú)法穿越到2005年之前，重新用高精度的儀器觀測(cè)過(guò)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(gè)例子是，在2013年發(fā)布的國(guó)際政府間氣候變化第五期評(píng)估報(bào)告（IPCC-AR5）列出的5個(gè)1971至2010年間海洋熱含量變化趨勢(shì)估算中，最小的估計(jì)竟只有最大的估計(jì)的一半。

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

以往估算不確定性來(lái)源主要是“國(guó)際上傳統(tǒng)的估計(jì)在海洋觀測(cè)較為貧乏的區(qū)域假設(shè)海洋變化為零，換句話說(shuō)，只要沒(méi)觀測(cè)，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(guò)去幾十年海洋變暖的速率”。成里京說(shuō)道，另一個(gè)不確定性來(lái)源是“有偏差的歷史觀測(cè)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(duì)海洋變暖速度估算的不確定性，一方面限制了人們對(duì)全球變暖的科學(xué)認(rèn)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(duì)氣候模型的評(píng)估，從能量變化的角度，氣候模型能否準(zhǔn)確反映出過(guò)去的氣候變化，進(jìn)而對(duì)未來(lái)做出合理預(yù)估呢？

新技術(shù)新認(rèn)知：海洋變暖在加速

大氣物理所團(tuán)隊(duì)多年研究解決了歷史海洋熱含量估計(jì)中的一系列問(wèn)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”，已經(jīng)被用于美國(guó)海洋和大氣管理局國(guó)家海洋環(huán)境信息中心NOAA/NCEI的數(shù)據(jù)庫(kù)中。2019年英國(guó)氣象局哈德來(lái)中心也將使用該團(tuán)隊(duì)的訂正方法。

該團(tuán)隊(duì)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。基于這些進(jìn)展提出的新的熱含量估計(jì)顯示出更強(qiáng)的歷史海洋變暖速率，且海洋變暖在上世紀(jì)90年代后加速。

此次在《科學(xué)》雜志發(fā)表的論文是對(duì)整個(gè)海洋變暖研究領(lǐng)域近年來(lái)主要進(jìn)展的提煉和綜合：包括大氣物理所、日本氣象廳、美國(guó)普林斯頓大學(xué)、澳大利亞在內(nèi)的一些新進(jìn)展已經(jīng)能夠得到更準(zhǔn)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(qiáng)的海洋變暖。

將目光放在未來(lái)，未來(lái)海洋變暖將有多強(qiáng)？基于氣候模型的預(yù)估是否可靠？文章證實(shí)，耦合模式比較計(jì)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(cè)幾乎一致，因此極大提升了模型對(duì)未來(lái)預(yù)估的可信度。

根據(jù)氣候模型預(yù)估，假設(shè)未來(lái)不施行任何氣候政策，2081—2100年間，整個(gè)上層2000米海洋將平均變暖0.78攝氏度（相對(duì)于1991—2005年間的平均狀態(tài)），這是過(guò)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(lái)將接近或達(dá)到《巴黎協(xié)定》目標(biāo)，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(jì)下半葉降低。

據(jù)此，對(duì)海洋變暖來(lái)說(shuō)，更強(qiáng)的變暖發(fā)生在未來(lái)。成里京表示，這是因?yàn)楹Ｑ缶哂泻軓?qiáng)的穩(wěn)定性，其對(duì)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(duì)海洋變暖帶來(lái)的氣候風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)注海洋 關(guān)注未來(lái)

為什么要關(guān)注海洋變暖？“海洋和全球氣候變暖對(duì)人類和生態(tài)環(huán)境都已經(jīng)造成了嚴(yán)重的影響，若不治理，將造成更嚴(yán)重的后果。” 成里京說(shuō)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(jì)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(tái)風(fēng)“山竹”、颶風(fēng)“萊恩”等給登陸地造成了極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)損失。“海洋是臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)等極端天氣的能量來(lái)源，更暖的海洋將導(dǎo)致未來(lái)臺(tái)風(fēng)更強(qiáng)、降水更多。”成里京說(shuō)，根據(jù)國(guó)際政府間氣候變化評(píng)估報(bào)告預(yù)估，隨著海洋持續(xù)變暖，臺(tái)風(fēng)等極端事件及其降水都將增加。

同時(shí)，更熱的海洋會(huì)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(jìn)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(xiàn)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(lái)越來(lái)越多的氣候風(fēng)險(xiǎn)。

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

這是因?yàn)椋倌陙?lái)的全球變暖是從19世紀(jì)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(shí)間序列最早只能到1940年。

除此以外，其團(tuán)隊(duì)還將持續(xù)探索海洋能量變化的物理機(jī)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(wèn)題的回答將增加人們對(duì)氣候系統(tǒng)的認(rèn)知，進(jìn)而科學(xué)指導(dǎo)氣候預(yù)估以及政策制定。