全球海洋變暖研究獲進展

　　自美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）研究員S. Levitus于2000年在《科學》（Science）撰文正式發布第一條全球上層海洋熱含量變化時間序列，發現20世紀下半頁全球海洋次表層升溫的現象以來，全球海洋到底變暖了多少，一直是一個爭議不斷的問題。2013年發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。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認知，影響地球系統能量不平衡、氣候敏感性等關鍵氣候參數的估算；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估呢？

　　中國科學院大氣物理研究所副研究員成里京聯合美國圣-托馬斯大學J.Abraham、加州大學伯克利分校Z.Hausfather和美國大氣研究中心K.Trenberth在Science上撰寫perspective論文，對上述問題進行了解答。

　　海洋變暖多少的爭議來源于過去海洋觀測數據質量和數量的不足。自IPCC-AR5發布以來，研究人員發現傳統的估算方法低估了過去幾十年海洋熱含量上升速率。雖然2005年之后，海洋科學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。但是科學家們永遠無法穿越到2005年之前，重新用高精度的儀器觀測過去的海洋狀況，因此海洋數據領域科研人員一直在持續不斷地改進舊數據的質量、發展新的技術以更準確地重構過去海洋的狀態。

　　大氣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，于2017年提出了一個新的海洋上層2000米熱含量估計；同時日本氣象廳、澳大利亞聯邦科學與工業研究組織、美國普林斯頓大學等也提出了更新的或改進的方法對海洋熱含量變化進行估算。這些新的方法顯示出非常一致的自1955年以來的全球海洋熱含量上升趨勢。

　　最近一些估計一致性表明：熱含量研究領域已經逐步解決已有問題，可以對全球海洋變暖做出更準確的計算了。根據最新估算，1971-2010年間全球海洋上層2000米變暖速率為0.36~0.39 Wm-2。新的估算顯示出比IPCC-AR5更強的海洋變暖速率：IPCC-AR5的同期估計僅為0.20~0.32 Wm-2。海洋變暖在上世紀90年代后顯著加速：1991年后海洋上2000米變暖速率為0.55~0.68 Wm-2。這直接反映了大氣中不斷積累的溫室氣體對海洋的影響。

　　氣候模型能否準確模擬過去的海洋變化呢？Science研究表明，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。模型對過去情況的優秀的模擬效果極大提升了其對未來預估的可信程度。根據CMIP5模型預估，在rcp8.5情景下（假設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年的平均狀態），這是過去60年海洋變暖總量的6倍。在rcp2.6情景下（假設未來將接近或達到《巴黎協定》目標），2081-2100年間海洋上層2000米將平均變暖0.4攝氏度。

　　人類活動已經深刻地改變了海洋環境，海洋增溫已經造成了海平面上升、溶解氧下降、極端事件加劇、珊瑚白化等后果。然而，由于海洋對溫室氣體響應的“滯后效應”，海洋正在加速變暖，更強的海洋增暖將發生在本世紀。即使接近或者達到《巴黎協定》目標，海洋升溫及其帶來的影響也將持續。若不積極應對，未來人類和地球生態系統都將面臨嚴重的氣候風險。

　　論文于北京時間2019年1月11日上線，得到國際媒體的廣泛關注。美國國家航空與航天局戈達德空間科學研究所主任Gavin Schmidt在接受采訪時指出“海洋熱含量確實是地球系統能量不平衡的最佳度量”，評論文章稱“該發現進一步驗證了已有的科學研究工作，并為本世紀末的氣候預估提供了更強的可信度”。

　　圖：（上圖）全球上層2000米海洋熱含量變化：過去的變化和未來預估。右側樣條為2081-2100年預估值。（下圖）新的海洋熱含量估計（藍色）比IPCC-AR5中的五個估計（灰色）顯示出更強的同期海洋變暖速率。氣候模型的同期模擬結果（黃綠色）和新的觀測估計一致。