地球正以前所未有的速度加速變暖！保護海洋，就是保護人類自己！
本文轉載自：科普中國
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2018年海洋升溫又創新高，上層2000米海水過去60年大約平均變暖了0.13攝氏度，表層比深海變暖更劇烈，全球海洋變暖或將導致氣候系統劇變。
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據中科院大氣物理研究所的消息，由該所聯合多個國內外機構發布的最新海洋觀測數據顯示，2018年海洋升溫又創新高，成為有現代海洋觀測記錄以來海洋最暖的一年。
數據顯示，2018年全球上層2000米海洋熱含量比1981年至2010年的平均狀態高了19.67×10^22焦耳，比歷史第二高的年份2017年高出0.91×10^22焦耳——相當於中國2017年全年發電量的約388倍，廣島原子彈爆炸釋放出能量的1億倍。全球海洋熱量升高的主要原因是海水溫度上升，新的數據表明：上層2000米海水過去60年大約平均變暖了0.13攝氏度，表層比深海變暖更劇烈。
該報告作為封面文章發表在英文雜誌《大氣科學進展》2019年第三期。
《大氣科學進展》2019年第三期
越來越暖的海洋
海洋正在變暖，而變暖歸因於溫室效應。全球變暖的本質是由於燃燒化石燃料（如煤、石油）等人為活動向大氣釋放二氧化碳等溫室氣體，產生的溫室效應像「不斷變厚的大棉被」蓋在地球表面，導致整個地球系統的能量（主要是熱量）增加了，而這部分增加的熱量首先被傳遞到了地表與海表的大氣中，導致了地表/海表大氣溫度升高；緊接著熱量又被傳遞與保存在了比熱容更大的海水之中，導致了海洋從表層到深層的陸續變暖。
溫室氣體能有效吸收地面反射的長波輻射，將熱量禁錮在地球表面
圖：冰芯記錄反演出的45萬年以來大氣二氧化碳濃度變化（紅線）與溫度變化（藍線），二者在45萬年以來一直保持著良好的相關關係：二氧化碳升高，溫度同步升高
在大部分評論文章與《巴黎協定》氣候政策限定的1.5-2℃升溫限制目標中，其全球變暖都指的是「全球平均地表/海表大氣溫度升高」，而地球93%左右增加的熱量事實上被最終保存在海洋里，因此海洋溫度的升高數值才是全球變暖的核心指標。大氣溫度受厄爾尼諾等氣候事件的影響很大，因而表現出一定程度上的波動與不穩定，以大氣溫度為指標便讓一部分政府人士藉機宣揚全球變暖是假的、不存在的。事實上短時間地表/海表溫度增加速度的減弱僅僅是海氣相互作用的自然變率的產物，是由於海洋能量在不同深度間的輸送導致的，全球變暖並未停滯，而是以前所未有的速度加速變暖！
今年1月份，中國科學院大氣物理研究所成里京研究團隊最新的研究成果證實了這一觀點（同時也催生了這篇文章）：海洋正在持續加速變暖。成里京通過CMIP5模型校正了以往錯誤的海洋熱含量估算方法，結合近幾年隨著Argo剖面浮標的布放開始積累的上層2000米的海水溫度數據，最終計算出上層2000米海洋的變暖速率從1991年的0.55瓦/平方米增加到目前的0.68瓦/平方米。這解釋了先前以大氣溫度指標所顯示變暖停滯（Hiatus）現象與爭議。按照這樣的變暖趨勢，即使人類社會踐行《巴黎協定》並在2100年前達到其要求的節能減排目標，全球上層2000米海洋的溫度也將平均升高0.4℃，這比過去60年海洋的變暖速率快太多了！
圖：全球海洋溫度升高模式圖（Lijing Cheng,2019）。灰色區域內上方粉色（RCP8.5）與下方紫色（RCP2.6）的線分別代表人類社會未來不施行任何氣候政策或者未來接近或達到《巴黎協定》目標分別對應的本世紀末不同的海洋變暖數值
海洋變暖在為氣候系統劇變積蓄能量
海洋變暖會引發一系列氣候與生態系統的變化。長久以來，人們都認為氣候變化應該是緩慢的、線性的、足夠人類去慢慢適應與改變的。然而，隨著突變理論的提出與越來越多的生態學證據的被發現，人們開始留意到：很多情況下生態系統會在某一臨界時刻發生劇烈的狀態突變（Regime Shift），迅速脫離當前的穩態並抵達下一個截然不同的穩態。
如果把生態系統比作一個在一個臉盆裡面來回擺盪的球，環境變化就是施加在這個小球上的作用力。一開始小球受力後會穩定在一個臉盆中來回擺盪，但當持續不斷的作用力使得小球在盆里擺盪的幅度越來越大，直至擺動到臉盆的邊緣之後，再出現一點點的誘因（Triggers）就會使小球直接滾出臉盆，引發小球運動狀態的突變。這種效應反映在股市中就是金融危機，反映在生態系統上就是物種組成突變（森林可能突變成草原），反映在地質歷史上就可能是一次的生物大滅絕事件。
生態系統狀態突變概念圖
圖：1977與1989兩次觀測到的太平洋生態系統上的生態系統突變，其中的生態系統狀態（Ecosystem state）參數是綜合了31條氣候參數觀測時間序列與69條生態參數觀測時間序列之後計算得出。（Hare,S.R,2000）
從地球整體生態系統的角度來看，全球海洋變暖正在觸發生物多樣性降低、凍土融化、冰川融化等多種環境變化過程。這些變化正在一點點的破壞著生態系統的整體穩態，推著「小球」晃動的越來越劇烈與不安定。如果我們不在早期對全球海洋變暖引發的各種早期環境變化進行研究與干預，如果任由變化醞釀積累，不久的未來地球的生態可能會發生災難性的突變。可能會發生災難性的突變，比如：
1生物多樣性降低
生物多樣性是維持生態系統穩定最重要的因素，而溫度是生態系統維穩的最重要基礎參數。珊瑚組成的群落被譽為海洋中的「熱帶雨林」，是海洋系統物種多樣性的極重要的組成部分。數據顯示珊瑚共生藻對於溫度的不適應，海洋變暖與隨之而來的海洋酸化正殺死著大片的珊瑚，「雨林」正在變成死寂沉默的「荒漠」。
圖：珊瑚存活與死亡（白化）對比，珊瑚白化不僅會導致珊瑚死亡，同時棲息在珊瑚群落中的其他生物也將失去家園
2永久性凍土融化
甲烷是一種比二氧化碳更強的溫室氣體，以單位分子數而言,甲烷的溫室效應要比二氧化碳大上25倍。大量的甲烷正被長期冰封儲存在高緯度的永久凍土帶中，對現在地球上的人類文明來說，這就像是埋起來的「溫室氣體炸彈」。全球變暖引起冰川與凍原的消融，會降低日照反射率，暴露出來深色的岩石土壤會吸收更多能量，非線性的加速消融，促成甲烷快速釋放。
圖：永久凍土帶正在融化並形成巨大的塌陷坑。目前最大的凍土帶塌陷坑位於西伯利亞，有86米深並且正在加速擴大
3南極冰架融化
南極的冰是由內側壘在陸地上的冰川以及外圍浮在海上的冰架組成的。NASA的衛星圖像顯示由於海洋變暖，冰架的融化正在不斷加快。如果百米厚的冰架如果徹底消失，隨之而來上游冰川融化、崩解並砸入海洋會使海平面上升速度猛增。海平面上升對沿海地區面臨的威脅最大，而全世界最繁華的城市一般都在沿海三角洲與平原，即便海水面只升高30cm，造成的影響都非常巨大！
高海拔陸上冰川與雪山同樣在消融，改變水循環以及水汽的再分配，影響陸地氣候。兩極的冰川融化不止嚴重威脅北極熊等極地生物的生存，古老冰川里還冷凍保存著許多在地球其他地方已經幾乎絕跡了的細菌與病毒,其中有一些是曾在人類歷史中肆虐過的病毒（如炭疽病毒等）,另一些古老的病原體都不曾在人類史上出現過，他們與地球歷史一道被封存在古老的冰川之中，卻正在一點點融化出來恢復活性……
圖：南極洲拉森冰架30年衛星圖像對比圖（資料來源 NASA，2017.2.9），黃線、紅線、與紫線分別表示1986，2002，2016拉森冰架的範圍，拉森冰架背後即是在陸地上體積巨大的克蘭冰川與格林冰川
保護海洋，就是保護人類自己！
海洋的氣候前景並不樂觀。2018年4月，地球大氣二氧化碳濃度已經上升至410.3 ppm (Parts per million，百萬分之一），而這已經是地球80萬年曆史以來大氣二氧化碳濃度最高值！作為地球上的「主人公」，我們不能對海洋的不斷暖化袖手旁觀。雖然我們無法改變海洋已經變暖的現實，但仍可以盡自己的微薄之力來限制二氧化碳排放，減緩變暖的趨勢。
人類社會大規模的燃燒化石燃料釋放二氧化碳歸根到底是為了獲取能源，而我們身邊就存在著非常多的能源浪費的現象：不隨手關電燈、把空調溫度調的過低或是過高等，每一度電、每一點能源的浪費都代表著每一塊多餘的煤炭的燃燒與每一點過剩的二氧化碳排放。
作為一個普通民眾，抑制全球變暖就是踐行節能減排，踐行節能減排的關鍵是樹立對氣候變化的危機意識。廈門大學特聘教授、古海洋與現代海洋生地化循環專家高樹基老師曾經在課上說過：「大氣系統里積累的熱焓像一個被推起來的玩具車，容易被改變也容易被終止；但是海洋卻像是一個大卡車，如果不及時減緩其變化速度，累積的動量將把整個地球氣候系統推向一個新的未知...」保護海洋，就是保護人類自己！
作者 | 倪司麟（廈門大學近海海洋環境科學國家重點實驗室博士生）
審稿 | 高樹基（廈門大學近海海洋環境科學國家重點實驗室教授）
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