成裏京出海科考。圖源：中國科學院大氣物理研究所官網

撰文｜邸利會(hui)

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12年前，成裏京大三，第一次見到海。

略顯渾濁的北方的海，放眼望去，真的是大；俯身嚐下，也隻有鹹。本科學數學的他想不到，這輩子還能和海有什麽(me) 瓜葛。

可人生就是這樣，充滿著機緣。院裏老師與(yu) 中科院大氣物理研究所的一個(ge) 合作項目，將他帶進了海洋和氣候研究的大門。

“當時做一點簡單的數據分析，就覺得這個(ge) 領域還挺有意思，後來保研就到了大氣所，還是接著做數據，這個(ge) 時候一個(ge) 比較重要的事就是看全球變化背景下海洋的變化，後續的研究就是這麽(me) 開始的。” 成裏京告訴《星空体育官网入口网站分子》。

十幾年的摸爬滾打，如今他已是全職的科研人員。今天，當和他再聊起海，除了一樣的大和鹹，他還會(hui) 十分肯定地告訴你，海正在變暖。

這正是成裏京和合作者們(men) 十幾年辛勞得到的結論——在過去的60年，0-2000米深的海洋平均溫度上升了0.13°C。

乍一聽，似乎沒啥大不了。然而，考慮到海是如此巨大（約占地球表麵積的七成，體(ti) 積約13.5億(yi) 立方公裏），比熱又高，0.13°C升溫所蓄積的熱量，其實已經足夠 “駭人聽聞” ——這些熱量相當於(yu) 每秒引爆4顆廣島原子彈，持續引爆60年。

更讓人憂慮的是，變暖還在加速。

成裏京說，從(cong) 過去的80年看，每個(ge) 10年都比上個(ge) 10年更暖。最近的數據是，2020年海洋上層2000米比前一年多吸收的能量，足以同時燒開13億(yi) 個(ge) 1.5升的熱水壺。

給海洋測溫

那麽(me) ，這 “小數點後兩(liang) 位” 的變化，究竟是怎麽(me) 得出的呢？

第一步當然是測量。

就在此時此刻，約4000隻 “探海神器” 正在海洋中 “隨波逐流”，為(wei) 海洋測溫。這種名為(wei) Argo的機器人，長約1.5米、重約45千克，投海後，可下潛至2000米，然後再慢慢上升，逐層收集溫度、鹽度等數據，等浮出水麵就自動把位置等數據發到衛星，再傳(chuan) 輸給世界各地的數據中心。

Argo浮標可在浩瀚的海中工作4-5年，直到電量耗盡，一般能采集100-200條剖麵數據。這種無需日常維護，長期、自動、實時、連續，獲取大範圍、深層海洋資料的方式可以說是一場革命。

Argo計劃從(cong) 2000年開始實施後，美國、澳大利亞(ya) 、法國、英國、德國、日本、韓國、印度、中國等幾十個(ge) 國家參與(yu) 布放，2005年後形成了對開闊大洋的完整覆蓋——平均每個(ge) 月在每一個(ge) 300乘300公裏的格子裏就有一個(ge) 觀測。

當然，除了Argo，人們(men) 還使用其它一些儀(yi) 器，如大型的要用科考船上的吊臂才能工作的溫鹽深探儀(yi) ，有水下滑翔機，甚至還有裝在海獅等動物身上的儀(yi) 器。

雖然主要是做數據分析，成裏京也過幾次出海的經曆。

2017年，他隨著意大利國家新技術中心進行了一次地中海海洋科考。在兩(liang) 天一夜的航程中，每隔半小時或1小時就要向海中投放拋棄式測溫儀(yi) XBT，測量從(cong) 海麵到水下700米深的海水溫度，每次測量能持續1－2分鍾，用完後就拋棄掉了。

今天在全球海底躺著的XBT估計要以百萬(wan) 計。

龐大而複雜的數據

不過，成裏京的那次出海，也不是為(wei) 了單純 “體(ti) 驗生活”。

原來，XBT測出來的溫度總是有偏差，他們(men) 想弄明白究竟是怎麽(me) 回事。采取的辦法是設計對照實驗，投放一個(ge) 比較準的儀(yi) 器下去，和XBT對比，當這樣的對比達到一定量，就能進行分析，看偏差是什麽(me) 因素引起的。

糾正XBT的溫度偏差很重要，因為(wei) 在2000年之前，海洋溫度很多是XBT的數據。如果無法訂正偏差，海洋升溫的可靠結論也就無從(cong) 談起。

其實，從(cong) 上世紀70年代，XBT引起的偏差就已為(wei) 人所知。漸漸地，科學家們(men) 知道，一方麵是深度出錯，XBT本身沒有壓力感受器，為(wei) 此研究人員發明了一個(ge) 經驗性質的下降速率公式，花功夫去算準裏麵的參數；另一方麵是純粹的溫度偏差，XBT用到的熱敏電阻敏感度是±0.01°C，可XBT記錄係統的總體(ti) 精度是±0.2°C，不管是實驗室還是海洋中的測試實驗都表明，XBT測出的溫度要比實際高。此外，人們(men) 還發現，不管是深度的錯誤，還是純粹的溫度偏差，在不同的海溫情況下不一樣，各個(ge) 時間段也不一樣。

數據的複雜性還不止於(yu) 此。

要關(guan) 注全球或各海盆的變化，僅(jin) 靠這些原始的觀測是不夠的，需要將它們(men) 處理成全球覆蓋的產(chan) 品。除了測量儀(yi) 器帶來的偏差，在2005年Argo實現較完整的全球大洋上層2000米覆蓋之前，由於(yu) 數據覆蓋不足和不均勻，還帶來了空間采樣的誤差。

過去的十幾年，成裏京做了不少工作，從(cong) “故紙堆” 中尋找數據和技術中偏差的線索，提出了XBT係統性偏差的糾正方案，以及新的空間插值技術，並據此重新估計了1960年代以來海洋溫度的變化。

“我從(cong) 2008年就開始做這個(ge) 事情，數據量非常大。比如說從(cong) 海表到水下700米，每10米一個(ge) 觀測，這一組數據是一條廓線。現在數據庫裏麵大概有上千萬(wan) 溫度的廓線，上千萬(wan) 鹽度的廓線，所以你可以想象，我們(men) 要利用這麽(me) 大的數據量，解決(jue) 這些問題，花了特別多的時間。大概十年，到2017年我們(men) 才第一次提出了全球海洋變暖的一條時間序列。全球海洋下至2千米的溫度變化到底是多少，過去幾十年怎樣變化的，我們(men) 才搞定，所以是非常不容易的，現在仍然也在做這個(ge) 事情，因為(wei) 還有其他的問題存在。” 成裏京告訴《星空体育官网入口网站分子》。

這的確需要十足的耐心，尤其在國內(nei) ，這種基礎性的數據分析工作並不 “時髦”，往往耗時很長，並不是那種 “挑一塊薄木板，鑿很多孔” 的工作。

“我博士階段沒什麽(me) 壓力，五年時間裏三年都沒有任何論文發表。但是，如果你一旦是工作了以後，三年沒有產(chan) 出，基本上是活不下去的。” 成裏京說。

不過，業(ye) 內(nei) 都知道的一個(ge) 現實是，此前中國在數據方麵基本沒有什麽(me) 國際話語權。

一個(ge) 直接的例子是，2013年第5次IPCC（政府間氣候變化專(zhuan) 門委員會(hui) ）評估報告給全世界決(jue) 策者看的《決(jue) 策者摘要——技術摘要》，列出了10個(ge) 主要的氣候變化判斷指標，50多個(ge) 時間序列，沒有一個(ge) 是來自中國的。

而在過去的十幾年研究中，包括成裏京在內(nei) 的研究者所利用的海洋數據，主要是來自美國的國家海洋數據中心（National Oceanographic Data Center）或其它國際數據中心的數據。

“美國的數據管理機製比較完善，包括研究所等各個(ge) 機構出海觀測後的數據大部分都可以公開，最後都會(hui) 匯集到國家數據中心，然後做數據標準化整編、處理、質量控製、偏差訂正之後分享給所有人。他們(men) 從(cong) 上個(ge) 世紀80年代，到現在做了四五十年了，所以實力非常強。所有人都知道他們(men) 做的工作很重要，所以會(hui) 給穩定的長期的支持。對他們(men) 的評判的標準也並不是文章，而是一些服務性的東(dong) 西。” 成裏京說。

相反，中國在數據共享、分析方麵差距巨大。

在2017年9月發表在《中國基礎科學》的文章中，幾位海洋研究領域的作者們(men) 指出——

“迄今國際上廣泛使用的全球變化有關(guan) 的全球海洋環境要素的觀測數據產(chan) 品都是國外的產(chan) 品，我國的貢獻幾近於(yu) 無，與(yu) 大國地位嚴(yan) 重不符，也製約了我國科學家利用鮮活的第一手科學數據及時取得原創性科學成果。”

好在，這些年中國也意識到這個(ge) 問題，在大力倡導和推動數據共享。

國際合作與話語權

幸運的是，在最新發布的《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》（SROCC）中，成裏京等中國學者構建的海洋數據集首次被用到了IPCC報告中。

而這一開端離不開長期的努力。

成裏京至今都清晰地記得，2017年6月29日，他正坐著公交從(cong) 所裏回家，當收到IPCC邀請信時，那種難以抑製、無法言說的激動。

這份曆時兩(liang) 年的評估報告，共有全球36個(ge) 國家的104位作者參與(yu) ，引用了6000篇文獻，收到了3萬(wan) 條修改意見。給決(jue) 策者的摘要簡本，100多個(ge) 國家的代表坐在一起逐行審議，誰有意見就舉(ju) 手，爭(zheng) 執不下就開小會(hui) ，在5天的時間裏每天都開會(hui) 到深夜，最後兩(liang) 天經過50多個(ge) 小時的連續工作後，才獲得通過。

2019年，成裏京參加IPCC海洋與(yu) 冰凍圈特別報告撰寫(xie) ，與(yu) 作者們(men) 在一起，圖片由受訪者提供。

這是一段難忘的經曆。對於(yu) 像成裏京這樣在國內(nei) 學術環境中成長起來的學者，之前並不習(xi) 慣和不同年齡、不同背景的人進行學術爭(zheng) 論，國內(nei) 的學術爭(zheng) 論也相對較少。

“基礎研究一定要放到全世界，放開和別人爭(zheng) 論，有爭(zheng) 論有質疑，才能更好地發現問題、解決(jue) 問題，我覺得這是我受到衝(chong) 擊相當大的一個(ge) 地方。” 成裏京說。

這份已經發布的特別報告，核心信息很明確：“海洋物理環境和生態係統已經發生了並將持續發生係統性的變化；海洋變化已經對人類和生態係統造成了係統性的負麵影響，人類需要適應並減緩該影響。”

具體(ti) 到海洋升溫，呈現出的信息令人揪心：

• 自1970年以來，幾乎確定海洋上層2000米在持續增暖。

• 1993-2017年間的增暖速率至少為(wei) 1969—1993年的2倍，體(ti) 現出顯著的變暖增強趨勢。

• 在20世紀90年代以後，2000米以下的深海也已觀測到了變暖信號，尤其是在南大洋（30°S以南）。

• 基於(yu) 耦合氣候模型預估，幾乎可確定海洋將在21世紀持續增暖，2018—2100年間海洋熱含量上升幅度可能是1970—2017年間的5~7倍或2~4倍。

• 變暖導致的熱膨脹效應貢獻了1993年以來全球海平麵上升的約 43%。

不確定的未來

近百年來，人類生產(chan) 活動消耗著化石燃料，釋放了大量的二氧化碳等溫室氣體(ti) 。在過去的80萬(wan) 年，大氣中二氧化碳的濃度在170-300ppm（1ppm為(wei) 百萬(wan) 分之一）之間波動。而在2020年，大氣二氧化碳的濃度已經超過了415ppm。

越來越多的溫室氣體(ti) ，就像給地球蓋了一層棉被，使得地球氣候係統的能量逐漸增加。而在這些增加的能量中，93.4%儲(chu) 存在了海洋中，其餘(yu) 的2%加熱陸地，2%加熱大氣，最後的2%融化冰川、冰蓋以及海冰。

“如果我們(men) 把氣候變化比喻成大象，海洋就是大象的身子，而地表溫度的上升其實是大象的鼻子，比較靈活、變動也快，而’底盤’其實是在海洋這。” 成裏京解釋說。

如今，海洋升溫已是不爭(zheng) 的事實，熱量正逐步向深海蔓延，上層的海水越來越輕，海洋上下的密度分層更加劇烈，阻隔了氧氣、營養(yang) 物質的交換；與(yu) 此相伴的，海洋的鹽度也發生著變化，鹹的地方更鹹，淡的地方更淡；而海洋的酸化也在導致珊瑚礁的消失，物種的滅絕。

過去的這些年，海洋升溫導致的危害也頻頻被報道。威尼斯在本世紀已經發生了2次水淹；因為(wei) 海洋熱浪，2017年大約1億(yi) 尾太平洋冷水鱈魚消失，剛剛過去的2020年又發生了一次。溫度每升高一度，大氣中的水汽含量便增加7%，進一步給台風和颶風添加燃料。

當然，還有平均海平麵的上升。

從(cong) 1993年到現在，海平麵已經增長了75毫米，其中的40%由海水變暖的受熱膨脹導致。由於(yu) 海洋的升溫有滯後，本世紀海洋的變暖也將不可避免。如果《巴黎協定》的目標能夠實現，2100年海平麵估計將上升0.43米，到2300年上升1米；但如果仍不加限製，2100年海平麵將上升0.84米，2300年將上升到3.5米，超過一層樓的高度。而海平麵上升導致的極端事件，包括鹹潮、風暴潮也將明顯增多。

“我們(men) 在海洋和冰凍圈報告裏提到，以前百年一遇的極端海平麵事件，在2050年將變成每年一遇。這是一個(ge) 非常可怕的數字，所以，我記得非常清楚。” 成裏京說。

吸收了大量熱量的海洋，也許會(hui) 像一頭發燒的大象，變得狂暴而反複無常，衝(chong) 擊城市，屠戮生靈。如果不加遏製，未來的海，也將不再是那個(ge) 孕育了萬(wan) 千生命的、生機勃勃的海。

參考資料：

1. Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, https://www.ipcc.ch/srocc/

2. Cheng L., J. Zhu*, R. Cowley, T. P. Boyer and S. Wijffels, 2014: Time, Probe Type, and Temperature Variable Bias Corrections to Historical Expendable Bathythermograph Observations. J. Atmos. Oceanic Technol., 31(8), 1793- 1825, https://doi.org/10.1175/JTECH-D-13-00197.1

3. Cheng L.*, K. E. Trenberth, J. T. Fasullo, T. Boyer, J. Abraham, J. Zhu, 2017: Improved estimates of ocean heat content from 1960 to 2015, Science Advances, 3, e1601545. https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.1601545

4. 張斌,王凡,成裏京,王鑫,張冬生,趙苑,李學剛,陳昇,王秋璐.海洋環境變化關(guan) 鍵參數觀測數據處理方法和產(chan) 品研製[J].中國基礎科學,2017,19(05):6-11.

5. 蔡榕碩 , 譚紅建 . 海平麵加速上升對低海拔島嶼、沿海地區及社會(hui) 的影響和風險 [J]. 氣候變化研究進展 , 2020, 16 (2): 163-171 Cai R S, Tan H J. Impacts and risks of accelerating sea level rise on low lying islands, coasts and communities [J]. Climate Change Research, 2020, 16 (2): 163-171

6. Barbeaux, S., and Coauthors, 2019: Chapter 2: Assessment of the Pacific cod stock in the Gulf of Alaska. GOA Pacific Cod, https://archive.fisheries.noaa.gov/afsc/refm/stocks/plan_team/2019/GOApcod.pdf.



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