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文章来历：科学大院

作者：魏科、黄刚、罗京佳

19世纪的终究一天，英国伦敦，在皇家科学院年会上，闻名物理学家威廉.汤姆生宣布了新年祝词，深邃的目光直视下一个世纪，他说：“晴朗的天空远处，还有两朵令人不安的乌云，它们的存在使得物理学的美丽性和清楚性相形见绌”。

这两朵乌云的处理后来产生了量子理论和相对论，普朗克、爱因斯坦等科学大师走上前史舞台，物理学大踏步进入一个新的年代。

在全球气候改变的研讨上，相同有着“令人不安的乌云”，直到最近“乌云”才逐步散去。

全球变暖研讨“乌云密布”

关于气候改变，在曩昔30年里，科学家们的观念是清晰和根本一起的，其首要内容为：

(1)全球温度正在变暖，1880~2012年间，全球气温上升了约0.85℃。

(2)这次变暖是温室气体所带来的温室效应所导致的，而温室气体添加首要来自于人类活动的化石燃料焚烧。

(3)有必要采纳应对办法，不然，全球变暖或许会在广泛区域引起灾害性成果。

1900-2014年全球温度改变序列，数值为气候均匀值的误差，在长时刻增暖的趋势上，叠加有显着的阶段性特征：20世纪前期的快速增暖、20世纪中期的降温、20世纪后期的快速增温暖20世纪初的增暖减缓，总均匀增温趋势为0.797℃/100年，竖直虚线标明几次大的火山爆发，图片来自于Yaoetal.(2017)

可是，魔鬼往往藏在细节里，假如仔细检查全球温度改变的时刻序列，你就会发现这儿存在不少问题还没有得到答复：

1）从1900到1945年期间存在快速增暖，那时候温室气体量才刚刚开端添加，其温室效应引起的增温起伏应该是有限的。

2）从40年代到70年代末，全球工业化开展敏捷，温室气体排放量继续添加，可是这段时刻全球温度呈现出降温趋势。

3）从90年代末到2013年是全球温室气体添加最多是时段，可是这段时刻全球温度添加量十分有限，莫非增温完毕了？

从30年前全球变暖的研讨开端，前两个问题就一向存在，而后边这个问题跟着“全球变暖阻滞”这样的论题鼓起，使得全球改变领域内愈加“乌云密布”。而这些问题得不到处理，直接影响着“人类活动引起全球变暖”这一科学论断的权威性。

这几个细节问题并不能经过温室气体的添加来解说，成为气候改变研讨中的症结，被反气候/质疑气候改变者所使用，提出一系列对立气候改变研讨的观念，例如：

1.根本就没有全球变暖这回事

2.CO2和温度之间没有相关性

3.气候处于混沌状况，不行猜测

4.CO2添加对气候影响很小，乃至没有什么影响

2017年6月12日，《NatureClimateChange》在线宣布中科院大气所和澳洲气候局科学家的世界合作研讨成果，标题为“Distinctglobalwarmingratestiedtomultipleoceansurfacetemperaturechanges”，这项研讨提醒了全球变暖速率在几十年时刻标准上改变的成因，全球变暖研讨的“乌云”逐步褪去。

来自海洋的隐秘

是的，处理全球变暖的“乌云”，隐秘来自于海洋。

气候体系中的各重量和重要的进程，海洋是气候体系的要害组成部分，图片来自Neelin(2010)《ClimateChangeandClimateModeling》

地球是一颗蓝色的水球，海洋覆盖了地球外表积的约71%，均匀厚度达4千米，储存着97%的水资源。

进入地气体系的太阳辐射，经过大气、云层和外表的反射，以及大气层的吸收之后，只要约51%能够加热地球外表，其间的70%被海洋吸收。

海洋总质量到达1.4×10^18吨，与之比较，大气总质量仅为5×10^15吨，仅为海洋的约0.36%，而且海洋的比热容远大于大气与陆地外表，其对热量的吸收和开释的细小改变，都有或许经过大气环流影响到全球温度。

因而海洋成为整个气候体系中最重要的热容器，是地球气候体系最有力和最直接的调节器，对气候均匀态的构成和各种标准的气候变率都发挥着显着的调制效果。

在20世纪以来全球温度渐进上升的进程中，海洋起到了重要的效果。

由大气所LASG国家重点试验室黄刚团队与澳大利亚气候局罗京佳研讨员一起完成的这项研讨首要有以下定论：

在温室气体排放添加所形成的全球增暖进程中，全球海洋同步增暖或许各海盆间海温异位相改变决议了全球温暖化速率在几十年时刻标准上的改变细节：20世纪以来的两次全球变暖加快与全球海洋同步增温有关，而降温或增暖减缓事情则是因为大都海洋降温或海盆间海温异位相改变所形成的，在全球温度的阶梯升高进程中，海洋的确发挥了和谐器的效果。

在20世纪前期的快速增暖期和20世纪后期的快速增暖期有十分显着的海温添加，而在20世纪中期的降温期和21世纪初的增暖减延期全球大部分地区海温下降，这在多套资猜中得到证明，用几种不同的计算方法，也印证了这几个时刻段的温度趋势。

使用MLOST陆地气温文海洋外表温度(HadCRUT4)材料预算的20世纪前期的快速增暖期、20世纪中期的降温期、20世纪后期的快速增暖期和20世纪初的增暖减延期的全球温度改变，其间点标明经过信度查验区。

为了与观测数据比较较，这项研讨还使用到了第五次耦合形式比较方案中来自于42个形式的128个前史模仿成果，9个形式中只要温室气体逼迫的35个模仿成果，10个形式中只要天然逼迫驱动的38个模仿成果，以及5个形式中只要人为气溶胶驱动的21个模仿成果，这些海量的形式模仿数据为观测数据供给了印证，也证明了现在世界干流的数值形式具有较好的模仿实在气候改变的才能。

为了剖析每一详细海盆海温在全球变暖中的效果，把大洋分为以下6个部分：TPO、NPO、TAO、NAO、TIO和SOC，这一项研讨还使用德国马普气候研讨所的大气环流形式做不同海盆的海温驱动的数值模仿，比方做TPO试验，即只在TPO海区用各个增速和减速时刻段的实践海温改变趋势加气候态海温，而在其他地方用气候态海温，驱动大气环流形式，一起温室气体含量固定不变，这样得到的趋势改变，即反映了TPO海温改变在全球温度改变中的效果。

数值模仿的温度根据以下海温驱动：Glb、TPO、NPO、TAO、NAO、TIO和SOC

在四个时期观测和数值模仿的全球和陆表的温度改变趋势，其间数值模仿的温度根据以下海温驱动：Glb、TPO、NPO、TAO、NAO、TIO和SOC

因而包含热带太平洋的多个海洋的海温改变，一起决议了全球变暖在几十年时刻标准上的速率，值得注意的是，在20世纪中期降温时期，降温首要来自于TPO和NAO的影响。而21世纪初的增暖减缓，首要是TPO区海温影响，这个区域在21世纪初产生了显着的降温，可是热带太平洋所引起的全球变冷效应彻底被印度洋和大西洋升温所引起的全球变暖效应抵消。

考虑人类活动的影响

假如进一步把各个时期各个海区海温改变的原因进一步细分，分为温室气体、人为气溶胶和天然变率，天然变率包含了很多的因子，比方太阳活动改变引起的辐照度改变、火山活动引起的平流层气溶胶添加，以及气候体系内部的改变，例如洋流的改变、海盆之间的相互效果、热带和热带外相互效果等等。

这些天然改变进程中，有些周期固定，例如太阳11年周期，有些周期并不固定，例如火山活动，有些具有十分长的周期改变，从几十年周期的北大西洋年代际振动(AMO)、太平洋海温年代际振动(PDO)，到长达数百到千年的大西洋经向翻转环流，因而终究反映到全球各海洋温度改变上，很有或许是多种因子的影响。

全球温盐环流，各个层次和区域的周期和影响并不同，图片来自于Kuhlbrodtetal.(2007)

引起20世纪中期的降温首要来自于热带太平洋和大西洋的海温下降，而进一步剖析标明，人为气溶胶在这两个海区温度改变中起到重要效果，其效果占降温的首要部分，降温程度超越了人为温室气体添加导致的影响，天然变率起到的效果十分小，在其他海区也能辨认出人为气溶胶引起的激烈的降温效果，因而20世纪中期人为气溶胶引起了全球海表温度的下降。

而引起21世纪初增暖减缓的首要是热带太平洋海区温度下降，其原因现在不能被多形式调集均匀的模仿成果所解说，其成因有待进一步研讨

以下海区在四个时期的观测、外源逼迫数值模仿和区别三种逼迫的海温改变趋势：Glb、TPO、NPO、TAO、NAO、TIO和SOC

20世纪中期全球人为活动引起气溶胶飙升，这与全球发达国家的快速工业化进程密切相关，在那段气溶胶飙升的日子里，爆发了闻名宾夕法尼亚州多诺拉污染事情、伦敦烟雾事情、洛杉矶光化学烟雾事情等，引起了全球环境保护运动和对环境保护的注重，1956年英国公布《清洁空气法》，1963年美国公布《清洁空气法》，1974年德国公布《联邦污染操控法案》。具有标志性含义的是联合国于1972年6月12日在斯德哥尔摩召开了“人类环境大会”，在这次大会上各国签署了“人类环境宣言”，开端了环境保护工作。

在环保工作中，有位女作家功不行没，1962年美国女作家蕾切尔·卡逊的《幽静的春天》出书，在全世界唤起了人们的环境认识，成为的环境保护运动中具有里程碑含义的事情，虽然她两年后死于乳腺癌，1980年，美国第三十九任总统杰米·卡特仍然追授她“总统自在奖”。

二战今后，洛杉矶饱尝光化学烟雾摧残，1948年圣诞节重度污染的天空，严峻的污染促进美国1963年公布《清洁空气法》，立法经过30年后，美国的空气质量才根本好转起来。

虽然人类活动引起全球气溶胶量超高已经成为往事，可是人类活动的影响又制造出温室气体的超高数值，2017年5月16日，美国夏威夷莫纳罗亚山观测站的二氧化碳数值飙升到411ppm以上，一举成为曩昔80万年来的最高数值，乃至很有或许是曩昔200-300万年的最高数值。温室气体添加带来新的危殆，其引起的全球增暖与海洋的改变相互影响，一起决议了全球温度的数值。

2017年5月16日，夏威夷莫纳罗亚观测站丈量的二氧化碳浓度超越411ppm，是曩昔80万年里的最高值。研讨进一步估量，这或许是曩昔200~300万年里最高的数值。图片来自于scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/

2015至2016年，在赤道东太平洋的广袤海域构成了一次强的ElNino事情，东太平洋区域最高增温起伏超越2.3度，继续时刻长达19个月，被以为是继1982-83和1997-98以来继续时刻最长强度最大的ElNino事情，受这次事情的影响，全球变暖在2014、2015和2016年屡创新高，多个组织相继发布研讨成果，以为这三年分别为有现代观测记载以来全球温度第3、第2和第1高的三年。

因而跟着GHG排放的继续添加，虽然未来全球变暖可等待，可是考虑到各海盆海温改变的杂乱性，有或许与GHG引起的增暖同步，也有或许与增暖异步，这就使得关于未来的预估更为杂乱，一旦二者增暖同步，引起的全球变暖速率必将超越现在，结果不可思议，因而进一步研讨深化了解各洋盆海温对温室气体添加的呼应、气候天然改变，以及各洋盆之间的相互影响等，才有助于改善百年标准上全球变暖率的预估精度，然后更好地协助完成2015年12月巴黎气候协议1.5度阈值的方针。

参考文献

Kuhlbrodt,T.,A.Griesel,M.Montoya,A.Levermann,M.Hofmann,andS.Rahmstorf,2007:OnthedrivingprocessesoftheAtlanticmeridionaloverturningcirculation.Rev.Geophys.,45.doi:10.1029/2004rg000166

Neelin,J.D.,2010:Climatechangeandclimatemodeling.ed.CambridgeUniversityPress,304pp.

Yao,S.-L.,J.-J.Luo,G.Huang,andP.Wang,2017:Distinctglobalwarmingratestiedtomultipleoceansurfacetemperaturechanges.NatureClim.Change,advanceonlinepublication.

nature/nclimate/journal/vaop/ncurrent/full/nclimate3304.html.

延伸

在面临气候灾害时，各个国家基础设施和适应才能不同巨大，最赤贫的开展我国家和贫民是气候改变的最大受害者，是否采纳详细办法应对全球变暖，涉及到很多开展我国家处理饥饿、赤贫和社会安稳问题，2015年末，世界银行发布的一份陈述显现，假如不采纳应对气候改变的办法，到2030年会有1亿人口因气候影响从头堕入贫穷。