出品：科普中國

作者：半懶不懶（中國科學(xué)院大氣物理研究所）

想象一下，當(dāng)你身處廣袤的宇宙，遙望地球，映入眼簾的，將是大片靜謐美好的蔚藍海洋。這片占到地球表面積71%的區(qū)域，以它的浩瀚造就了生命的起源，并無私哺育著這些生命。

(資料圖片)

然而，在積極響應(yīng)全球變暖的“號召”下，海洋，這個吸收了93%以上地球系統(tǒng)能量收入的大載體，終于也不負眾望地“發(fā)燒”了。

NOAA首次公布的GOES-18（地球靜止軌道運行環(huán)境衛(wèi)星）的圖像

圖片來源：NOAA

早在1965年，人們就已經(jīng)提出大氣溫室氣體增加會引起海洋變暖。2000年，來自美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的研究員S. Levitus在《Science》撰文表明，1948年至1998年期間，世界海洋從表面到3000米深度的熱含量（平均溫度）廣泛地增加，但全球海洋到底變暖了多少，一直是一個爭議不斷的問題。

給海洋“量體溫”，怎么這么難？

大量的觀測數(shù)據(jù)證實，全球升溫是不爭的事實，那為什么海洋的增暖還會充滿爭議呢？

海洋變暖多少的爭議還是來源于過去海洋觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量的不足。

為了知道歷史時期的氣候變化，科學(xué)家們可以從歷史文獻、化石、沉積物（如海洋、黃土、石筍等）、冰川、樹輪等找到歷史氣候變遷的痕跡。到了現(xiàn)代，衛(wèi)星和全球密集的觀測站點又成為測量大氣溫度的最佳武器之一。目前陸地上大約有11000個站點在進行大氣溫度的觀測工作。但是面對廣袤無垠的大海，這些方法就顯得鞭長莫及了。

竺可楨先生根據(jù)歷史文獻重現(xiàn)的中國近五千年來溫度曲線

圖片來源：《中國近五千年來氣候變遷的初步研究》

海洋的復(fù)雜性在于，不僅有寬度（3.6億平方公里），還有深度（平均深度3680米，最深海溝達到海平面以下10911米）。不同地區(qū)的地表溫度尚有區(qū)別，不同區(qū)域的海洋當(dāng)然也有著自己的“脾氣”。

正是由于對海洋的探索是一個三維的過程，使得厘清海洋熱容量的變化變得尤為困難。即使在現(xiàn)在，人類對海洋的探索還只是九牛一毛，《海底兩萬里》的故事到現(xiàn)在還只是科幻小說呢！而目前人類對海洋溫度的探索僅僅集中于海洋上層2000米的部分。

在1970年到2001年間，海洋次表層最主要的溫度觀測，是利用船只沿航道扔下的一次性拋棄式測溫儀（XBT）進行的，占到總數(shù)據(jù)量的41%。可受到當(dāng)時技術(shù)的限制，它的結(jié)果存在系統(tǒng)性偏差。

要想知道海溫的長期變化，就必須想方設(shè)法訂正這些數(shù)據(jù)。因此自2008年起，全球科學(xué)家開始了訂正歷史XBT數(shù)據(jù)系統(tǒng)性偏差的工作，同時通過結(jié)合2000年正式實施的Argo全球?qū)崟r海洋觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)，嘗試量化海洋溫度的長期變化。但由于數(shù)據(jù)偏差訂正方法不同，往往會得到不一致的海洋增暖結(jié)論。

全球Argo浮標(biāo)的分布

圖片來源：https://argo.ucsd.edu/about/status/

再破紀(jì)錄！海洋：我超越我自己

2014年，中國科學(xué)院大氣物理研究所（以下簡稱大氣所）研究團隊提出的海洋數(shù)據(jù)偏差訂正方案，一躍成為目前國際上推薦的最佳訂正方案，有效減小了政府間氣候變化專門委員會第五次評估報告中的海溫估計誤差。

2023年，大氣所牽頭的2022年全球海洋環(huán)境變化研究報告顯示，2022年成為有現(xiàn)代海洋觀測記錄以來海洋最暖的一年。

2022年，全球海洋上層2000米儲存的熱量與2021年相比，增加了10.9±8.3ZJ（1 ZJ=10的21次方焦耳）。這些熱量可以同時燒開7億億壺1.5升的水，約為2021年中國全年發(fā)電總量的325倍、2021年世界發(fā)電總量的100倍。在20世紀(jì)90年代以后，科學(xué)家在2000米以下的深海也已觀測到了變暖信號。

1958 - 2022年全球海洋2000米以上熱含量異常

圖片來源：參考文獻3

在區(qū)域增暖中，七個大洋2022年海溫的記錄，都排進了歷史記錄的前十，其中有四個（北大西洋，地中海，北太平洋(北緯30°-62°)和南太平洋，以及南大洋）甚至創(chuàng)下了歷史最熱紀(jì)錄。

相對于1981-2010年基線，1958 - 2022年區(qū)域觀測到的2000 m上部熱含量變化。

圖片來源：參考文獻3

海洋變暖有什么可怕的？很可怕！

看上去，最害怕海洋變暖的會是海洋生物。2018年的研究表明，海洋溫度升高和層結(jié)加劇會導(dǎo)致海水中溶解的氧減少，這是造成大多數(shù)有記錄的海洋物種滅絕的原因。

溫度依賴性缺氧（二疊紀(jì)末海洋物種大滅絕的驅(qū)動因素）示意圖

圖片來源：參考文獻4

2022年，科學(xué)家們的研究進一步表明，如果人類對溫室氣體沒有采取行之有效的減排行動，將使地球在2300年走上二疊紀(jì)末期大規(guī)模海洋物種滅絕（這一事件被稱為“物種大滅絕”，導(dǎo)致96%的海洋物種和70%的陸地物種消失）的道路。這其中，極地物種滅絕的風(fēng)險最高，但熱帶地區(qū)的生物豐富度下降得更多。

只有大規(guī)模扭轉(zhuǎn)溫室氣體排放趨勢，才能減少70%以上的物種滅絕風(fēng)險，保護過去5000萬年進化史中積累的海洋生物多樣性。

海洋生物豐富度的過去和未來

圖片來源：參考文獻5

除此之外，在陸地上經(jīng)歷越來越頻繁的高溫?zé)崂藭r，海洋熱浪（是指發(fā)生在海洋中的極端高溫事件，被定義為海表溫度至少連續(xù)5天超出氣候平均態(tài)90百分位閾值）也正在成為新常態(tài)。

海洋熱浪

圖片來源：NOAA

在1982年至2016年期間，海洋熱浪天數(shù)增加了一倍。如果全球變暖控制在1.5℃，預(yù)計海洋熱浪天數(shù)將增加16倍，然而，按照目前各個國家的自主貢獻目標(biāo)（是每個國家對其如何減少溫室氣體排放以及減排程度所做出的非約束性承諾）來計算，21世紀(jì)末全球?qū)⒆兣s3.5℃，海洋熱浪天數(shù)增加可能為41倍。

全球變暖水平為1°C (a)、2°C (b)和3.5°C (C)時，海洋熱浪天數(shù)超過工業(yè)化前第99百分位的概率變化

圖片來源：參考文獻6

如同面對高溫?zé)崂艘粯?，漁業(yè)，甚至人類社會經(jīng)濟，對此都是高度脆弱的。南海海洋熱浪事件導(dǎo)致了2010年以來，南海珊瑚礁白化現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，我國沿海海域均出現(xiàn)嚴(yán)重的珊瑚礁白化事件。2021年的加拿大極端熱浪則直接把海灘上的貽貝和其他水生有殼生物烤熟。

不僅是海洋生物，海洋熱浪還會通過大氣遙相關(guān)影響陸地的極端天氣，從而影響我們的生活。

加拿大西部海灘上，極端高溫烤熟了水生有殼生物

圖片來源：CNN

在2021年，世界上近60%的海洋表面至少經(jīng)歷了一次海洋熱浪的襲擊（WMO）。

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出，如果海水繼續(xù)變暖，到本世紀(jì)末，世界上的每一個珊瑚礁都可能會出現(xiàn)白化現(xiàn)象。海洋增暖還會導(dǎo)致海洋生物的銳減、有毒藻類的大量繁殖和海岸線水生物的死亡等等。這些變化最終將影響包括約6.8億生活在低洼沿海地區(qū)的人，近20億生活在世界沿海大城市的人，以及近6000萬在漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)工作的人。

珊瑚礁白化

圖片來源: Kelsey Roberts/USGS

不只是變暖，海洋危機SOS！

海洋面臨的危機當(dāng)然不僅是“發(fā)燒”。隨著海洋變暖，溫度的變化像多米羅骨牌一樣帶來了連鎖反應(yīng)。

儲存在海洋中的熱量導(dǎo)致海水膨脹，可以在全球海平面上升中占三分之一到二分之一，這將使得沿海和低洼地區(qū)面臨著越來越嚴(yán)重的風(fēng)險。

在過去的30年里，海平面上升了一倍多

圖片來源：WMO

海洋的變化還會加劇像風(fēng)暴潮、洪水這樣的極端氣象災(zāi)害。研究表明，在溫和氣候變化情景下，西北太平洋低緯地區(qū)上層海洋的持續(xù)變暖，將使2100年平均臺風(fēng)強度進一步增加14%。

另外，由于海洋具有非常高的儲熱能力，是全球變暖的“緩沖器”，僅從1800年工業(yè)革命開始到1994年，全球海洋就吸收了1180億公噸碳。

但海洋無限制為減排“背鍋”的背后，也總有一個臨界值。

研究發(fā)現(xiàn)，雖然進入海洋的CO2正在增加，但與2004年第一次全球海洋碳調(diào)查相比，被海洋吸收的排放量（約31%)）保持相對穩(wěn)定。如果海洋無法吸收持續(xù)增加的CO2，或者隨著海洋變暖和海洋層結(jié)加劇，海洋碳吸收效率下降了，人為排放的CO2不得不留在大氣中，這將進一步加劇全球變暖。

18001994年和1994-2007年的全球CO2預(yù)算

圖片來源：參考文獻8

另外，海洋持續(xù)吸收CO2也使得海洋繼續(xù)酸化，這對于貝類以及其他利用礦物碳酸鈣來形成外殼和外骨骼的海洋生物而言，無疑是滅頂之災(zāi)。

碳中和是否能為海洋危機按下暫停鍵？

在過去80年，海洋每個十年都比前十年更暖。研究表明，歷史性的海洋變暖在本世紀(jì)是不可逆轉(zhuǎn)的。到2100年，預(yù)計海洋上層2000米的變暖是迄今觀察到的變暖的2~6倍。太平洋將成為最大的熱庫，大西洋和南大洋的區(qū)域平均變暖依然是最強的。

那么，如果實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，使碳排放與碳吸收平衡，溫度不再上升，能使得海平面停止上升，甚至下降嗎？

CO2在大氣中的壽命是由碳匯吸收CO2的速度決定的。雖然約一半的排放被相對較快地吸收，但我們在大氣中積累的部分CO2排放，仍將存在數(shù)萬年。而即使全球的溫室氣體排放量處在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，在海水熱膨脹的作用下，海平面仍然會上升幾百年的時間。冰川和冰蓋的融化也會促使海平面進一步上升。

圖 由于熱膨脹導(dǎo)致的全球海平面上升距平和海溫距平（與平均值的差）。a，全球年平均海平面上升距平（相對于1986-2005年）；b，全球300米海溫年均距平（相對于1986-2005年）。c，全球3000米海溫年均距平（相對于1986-2005年）。

圖片來源：參考文獻10

但即使處在一個零碳排放的世界，海平面在未來的幾百年里依然會上升，至少80厘米的額外海平面上升是“肯定”的。

結(jié)語

昨天是世界氣象日，我們講述海洋的故事，是為了警醒大家：溫室氣體問題是我們生活、生存的根本性問題。海洋危機可能無法避免，但減排可以極大地遏止海平面上升幅度，我們需要更加積極地減緩升溫和準(zhǔn)備適應(yīng)措施。

無數(shù)的科學(xué)家展示了同一個我們可能面臨的未來：地球會更不適宜人類生存。我們最終需要的可能不僅是凈零排放，而是更嚴(yán)格的全球凈負排放，這樣才能阻止升溫后人類無法承受的世界來到。

“天氣氣候水，代代向未來”。深夜，當(dāng)我們閉上眼，也有超過10000個氣象站、7000艘船、1000個漂流浮標(biāo)、數(shù)百個天氣雷達、約30顆氣象衛(wèi)星和200顆研究衛(wèi)星和其他設(shè)備在不停歇地觀測著陸地和海洋。當(dāng)我們擁有了足夠的數(shù)據(jù)來武裝我們的知識，下一步，就該是切實的行動了。

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（注：文中拉丁文部分應(yīng)為斜體。）

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