版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

出品：科普中國

作者：半懶不懶（中國科學院大氣物理研究所）

監製：中國科普博覽

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

然而，在積極響應全球變暖的“號召”下，海洋，這個(ge) 吸收了93%以上地球係統能量收入的大載體(ti) ，終於(yu) 也不負眾(zhong) 望地“發燒”了。

NOAA首次公布的GOES-18（地球靜止軌道運行環境衛星）的圖像

圖片來源：NOAA

早在1965年，人們(men) 就已經提出大氣溫室氣體(ti) 增加會(hui) 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(cong) 表麵到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(ge) 爭(zheng) 議不斷的問題。

給海洋“量體(ti) 溫”，怎麽(me) 這麽(me) 難？

大量的觀測數據證實，全球升溫是不爭(zheng) 的事實，那為(wei) 什麽(me) 海洋的增暖還會(hui) 充滿爭(zheng) 議呢？

海洋變暖多少的爭(zheng) 議還是來源於(yu) 過去海洋觀測數據質量和數量的不足。

為(wei) 了知道曆史時期的氣候變化，科學家們(men) 可以從(cong) 曆史文獻、化石、沉積物（如海洋、黃土、石筍等）、冰川、樹輪等找到曆史氣候變遷的痕跡。到了現代，衛星和全球密集的觀測站點又成為(wei) 測量大氣溫度的最佳武器之一。目前陸地上大約有11000個(ge) 站點在進行大氣溫度的觀測工作。但是麵對廣袤無垠的大海，這些方法就顯得鞭長莫及了。

竺可楨先生根據曆史文獻重現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》

海洋的複雜性在於(yu) ，不僅(jin) 有寬度（3.6億(yi) 平方公裏），還有深度（平均深度3680米，最深海溝達到海平麵以下10911米）。不同地區的地表溫度尚有區別，不同區域的海洋當然也有著自己的“脾氣”。

正是由於(yu) 對海洋的探索是一個(ge) 三維的過程，使得厘清海洋熱容量的變化變得尤為(wei) 困難。即使在現在，人類對海洋的探索還隻是九牛一毛，《海底兩(liang) 萬(wan) 裏》的故事到現在還隻是科幻小說呢！而目前人類對海洋溫度的探索僅(jin) 僅(jin) 集中於(yu) 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，是利用船隻沿航道扔下的一次性拋棄式測溫儀(yi) （XBT）進行的，占到總數據量的41%。可受到當時技術的限製，它的結果存在係統性偏差。

要想知道海溫的長期變化，就必須想方設法訂正這些數據。因此自2008年起，全球科學家開始了訂正曆史XBT數據係統性偏差的工作，同時通過結合2000年正式實施的Argo全球實時海洋觀測網數據，嚐試量化海洋溫度的長期變化。但由於(yu) 數據偏差訂正方法不同，往往會(hui) 得到不一致的海洋增暖結論。

全球Argo浮標的分布

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

再破紀錄！海洋：我超越我自己

2014年，中國科學院大氣物理研究所（以下簡稱大氣所）研究團隊提出的海洋數據偏差訂正方案，一躍成為(wei) 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(zhuan) 門委員會(hui) 第五次評估報告中的海溫估計誤差。

2023年，大氣所牽頭的2022年全球海洋環境變化研究報告顯示，2022年成為(wei) 有現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(chu) 存的熱量與(yu) 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(yi) 億(yi) 壺1.5升的水，約為(wei) 2021年中國全年發電總量的325倍、2021年世界發電總量的100倍。在20世紀90年代以後，科學家在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

在區域增暖中，七個(ge) 大洋2022年海溫的記錄，都排進了曆史記錄的前十，其中有四個(ge) （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）甚至創下了曆史最熱紀錄。

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

圖片來源：參考文獻3

海洋變暖有什麽(me) 可怕的？很可怕！

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

溫度依賴性缺氧（二疊紀末海洋物種大滅絕的驅動因素）示意圖

圖片來源：參考文獻4

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

隻有大規模扭轉溫室氣體(ti) 排放趨勢，才能減少70%以上的物種滅絕風險，保護過去5000萬(wan) 年進化史中積累的海洋生物多樣性。

海洋生物豐(feng) 富度的過去和未來

圖片來源：參考文獻5

除此之外，在陸地上經曆越來越頻繁的高溫熱浪時，海洋熱浪（是指發生在海洋中的極端高溫事件，被定義(yi) 為(wei) 海表溫度至少連續5天超出氣候平均態90百分位閾值）也正在成為(wei) 新常態。

海洋熱浪

圖片來源：NOAA

在1982年至2016年期間，海洋熱浪天數增加了一倍。如果全球變暖控製在1.5℃，預計海洋熱浪天數將增加16倍，然而，按照目前各個(ge) 國家的自主貢獻目標（是每個(ge) 國家對其如何減少溫室氣體(ti) 排放以及減排程度所做出的非約束性承諾）來計算，21世紀末全球將變暖約3.5℃，海洋熱浪天數增加可能為(wei) 41倍。

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

圖片來源：參考文獻6

如同麵對高溫熱浪一樣，漁業(ye) ，甚至人類社會(hui) 經濟，對此都是高度脆弱的。南海海洋熱浪事件導致了2010年以來，南海珊瑚礁白化現象不斷出現，我國沿海海域均出現嚴(yan) 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(jin) 是海洋生物，海洋熱浪還會(hui) 通過大氣遙相關(guan) 影響陸地的極端天氣，從(cong) 而影響我們(men) 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%的海洋表麵至少經曆了一次海洋熱浪的襲擊（WMO）。

聯合國環境規劃署提出，如果海水繼續變暖，到本世紀末，世界上的每一個(ge) 珊瑚礁都可能會(hui) 出現白化現象。海洋增暖還會(hui) 導致海洋生物的銳減、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(yi) 生活在低窪沿海地區的人，近20億(yi) 生活在世界沿海大城市的人，以及近6000萬(wan) 在漁業(ye) 和水產(chan) 養(yang) 殖業(ye) 工作的人。

珊瑚礁白化

圖片來源: Kelsey Roberts/USGS

不隻是變暖，海洋危機SOS！

海洋麵臨(lin) 的危機當然不僅(jin) 是“發燒”。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。

儲(chu) 存在海洋中的熱量導致海水膨脹，可以在全球海平麵上升中占三分之一到二分之一，這將使得沿海和低窪地區麵臨(lin) 著越來越嚴(yan) 重的風險。

在過去的30年裏，海平麵上升了一倍多

圖片來源：WMO

海洋的變化還會(hui) 加劇像風暴潮、洪水這樣的極端氣象災害。研究表明，在溫和氣候變化情景下，西北太平洋低緯地區上層海洋的持續變暖，將使2100年平均台風強度進一步增加14%。

另外，由於(yu) 海洋具有非常高的儲(chu) 熱能力，是全球變暖的“緩衝(chong) 器”，僅(jin) 從(cong) 1800年工業(ye) 革命開始到1994年，全球海洋就吸收了1180億(yi) 公噸碳。

但海洋無限製為(wei) 減排“背鍋”的背後，也總有一個(ge) 臨(lin) 界值。

研究發現，雖然進入海洋的CO2正在增加，但與(yu) 2004年第一次全球海洋碳調查相比，被海洋吸收的排放量（約31%)）保持相對穩定。如果海洋無法吸收持續增加的CO2，或者隨著海洋變暖和海洋層結加劇，海洋碳吸收效率下降了，人為(wei) 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預算

圖片來源：參考文獻8

另外，海洋持續吸收CO2也使得海洋繼續酸化，這對於(yu) 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。

碳中和是否能為(wei) 海洋危機按下暫停鍵？

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

那麽(me) ，如果實現碳中和目標，使碳排放與(yu) 碳吸收平衡，溫度不再上升，能使得海平麵停止上升，甚至下降嗎？

CO2在大氣中的壽命是由碳匯吸收CO2的速度決(jue) 定的。雖然約一半的排放被相對較快地吸收，但我們(men) 在大氣中積累的部分CO2排放，仍將存在數萬(wan) 年。而即使全球的溫室氣體(ti) 排放量處在一個(ge) 穩定的狀態，在海水熱膨脹的作用下，海平麵仍然會(hui) 上升幾百年的時間。冰川和冰蓋的融化也會(hui) 促使海平麵進一步上升。

圖 由於(yu) 熱膨脹導致的全球海平麵上升距平和海溫距平（與(yu) 平均值的差）。a，全球年平均海平麵上升距平（相對於(yu) 1986-2005年）；b，全球300米海溫年均距平（相對於(yu) 1986-2005年）。c，全球3000米海溫年均距平（相對於(yu) 1986-2005年）。

圖片來源：參考文獻10

但即使處在一個(ge) 零碳排放的世界，海平麵在未來的幾百年裏依然會(hui) 上升，至少80厘米的額外海平麵上升是“肯定”的。

結語

昨天是世界氣象日，我們(men) 講述海洋的故事，是為(wei) 了警醒大家：溫室氣體(ti) 問題是我們(men) 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麵上升幅度，我們(men) 需要更加積極地減緩升溫和準備適應措施。

無數的科學家展示了同一個(ge) 我們(men) 可能麵臨(lin) 的未來：地球會(hui) 更不適宜人類生存。我們(men) 最終需要的可能不僅(jin) 是淨零排放，而是更嚴(yan) 格的全球淨負排放，這樣才能阻止升溫後人類無法承受的世界來到。

“天氣氣候水，代代向未來”。深夜，當我們(men) 閉上眼，也有超過10000個(ge) 氣象站、7000艘船、1000個(ge) 漂流浮標、數百個(ge) 天氣雷達、約30顆氣象衛星和200顆研究衛星和其他設備在不停歇地觀測著陸地和海洋。當我們(men) 擁有了足夠的數據來武裝我們(men) 的星空体育官网入口网站，下一步，就該是切實的行動了。

參考文獻：

【1】Revelle, R., W. Broecker, H. Craig, C. D. Keeling, and J. Smagorinsky (1965), Appendix Y4, in Restoring the Quality of Our Environment—Report of the Environmental Pollution Panel, pp. 112–133, Pres. Sci. Advis. Comm., Washington, D. C.

【2】Levitus, S., J. Antonov, T. P. Boyer, and C. Stephens (2000), Warming of the world ocean, Science, 287, 2225–2229.

【3】Cheng, L., Abraham, J., Trenberth, K.E. et al. Another Year of Record Heat for the Oceans. Adv. Atmos. Sci. (2023). https://doi.org/10.1007/s00376-023-2385-2

【4】Penn JL, Deutsch C, Payne JL, Sperling EA. Temperature-dependent hypoxia explains biogeography and severity of end-Permian marine mass extinction. Science. 2018 Dec 7;362(6419):eaat1327. doi: 10.1126/science.aat1327

【5】Penn JL, Deutsch C. Avoiding ocean mass extinction from climate warming. Science. 2022 Apr 29;376(6592):524-526. doi: 10.1126/science.abe9039

【6】Frölicher, T.L., Fischer, E.M. & Gruber, N. Marine heatwaves under global warming. Nature 560, 360–364 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0383-9

【7】Mei, W., Xie, S., Primeau, F.W., McWilliams, J.C., & Pasquero, C. (2015). Northwestern Pacific typhoon intensity controlled by changes in ocean temperatures. Science Advances, 1.

【8】Gruber N , Clement D , Carter B R , et al. The oceanic sink for anthropogenic CO 2 from 1994 to 2007[J]. Science, 2019, 363(6432):1193-1199.

【9】Cheng, L., J. Abraham, Z. Hausfather, K. E. Trenberth, 2019: How fast are the oceans warming? Science, 363 (6423), 128-129. doi: 10.1126/science.aav7619.

【10】Meehl, G., Hu, A., Tebaldi, C. et al. Relative outcomes of climate change mitigation related to global temperature versus sea-level rise. Nature Clim Change 2, 576–580 (2012). https://doi.org/10.1038/nclimate1529

【11】Nauels, A., Gütschow, J., Mengel, M., Meinshausen, M., Clark, P. U., & Schleussner, C. F. (2019). Attributing long-term sea-level rise to Paris Agreement emission pledges. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 116(47), 23487–23492. https://doi.org/10.1073/pnas.1907461116

【12】WMO Provisional State of the Global Climate 2022

【13】Cheng, L., von Schuckmann, K., Abraham, J.P. et al. Past and future ocean warming. Nat Rev Earth Environ 3, 776–794 (2022). https://doi.org/10.1038/s43017-022-00345-1

【14】Gruber N , Clement D , Carter B R , et al. The oceanic sink for anthropogenic CO 2 from 1994 to 2007[J]. Science, 2019, 363(6432):1193-1199.

（注：文中拉丁文部分應為(wei) 斜體(ti) 。）

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！