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储存了全球变暖93%的能量,海洋正成为火药桶

2020-05-11 09:11:03 来源: 中科院格致论道讲坛 作者:
摘要:今天有幸给大家介绍一下海洋,在全球变暖背景下海洋到底是什么角色?起什么作用?它到底是储热罐还是火药桶呢?

  储存了全球变暖93%的能量,海洋正成为地球的火药桶

  你知道吗?近60 年,海洋变暖量相当于58亿颗广岛原子弹,也就是说过去60年的每一秒都爆炸3-4颗广岛原子弹,也相对于1600倍中国2017年全年发电量。科学家发现全球变暖90%以上的能量都存储在海洋当中,海洋是地球系统的储热罐,又是一个随时可能“爆炸”的火药桶…

  以下内容来自中国科学院大气物理研究所副研究员成里京演讲实录:

  今天有幸给大家介绍一下海洋,在全球变暖背景下海洋到底是什么角色?起什么作用?它到底是储热罐还是火药桶呢?

  全球变暖

  我们知道“万物生长靠太阳”,地球系统的能量来源是太阳,这些以短波辐射为主的能量滋养了万物、大气,提供了海水运动的能量来源、支撑了光合作用等生物化学过程。

  同时,地球也在向外释放能量,主要包括红外辐射在内的长波辐射的形式。长期以来,地球系统能量的“吞”和“吐”保持在一个动态平衡状态,使得地球不至于一直变热或一直变冷。

  在这个平衡中,大气中包括二氧化碳、甲烷等在内的温室气体起了非常关键的作用,它能吸收长波辐射,将一部分能量保留在地球系统中,这就起到了保温的效果。

  如果没有温室气体的保温作用,我们生活的大气平均温度可能比现在冷30摄氏度左右。所以温室气体并不是魔鬼和坏蛋,它们是我们地球系统中不可缺少的组成部分。

  问题在于温室气体在大气中越来越多了!工业革命以后,人类活动大量消耗煤炭、石油等化石燃料,不断地往大气中排放CO2等温室气体。

  这张图是过去80万年以来的大气中CO2浓度,可以看到,过去80万年内,CO2浓度基本都在170-300ppm之间波动,从来没有超过300ppm。

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  而在短短的100多年内,人类让大气中的二氧化碳增加到了2020年的415个ppm,比工业革命前多了50%。

  温室气体的作用是保温,越来越多的温室气体意味着地球系统的保温性能越来越好,“吞”进来的能量没怎么变、“吐”出去的能量变少了,就使地球系统内部的能量越来越多,这就是全球变暖的原因。

  全球变暖的能量去了哪里?

  全球变暖产生的这些多余的能量去哪里了呢?

  由于海洋巨大的比热容,全球变暖93%的能量都储存在了海洋中,另外7%的能量用于加热陆地、加热大气、融化极地海冰、冰盖,融化山地冰川等等。所以,我们说海洋才是地球的储热罐。

  全球变暖不单单是我们人类生存的地球表面的变暖,它就像雪糕上一块融化的巧克力一样,这股暖流已经不断从地表和海表流向深海,导致海洋变暖,仅关注地表是远远不够的。

  在这个时候,我希望大家稍微停下来,再看看我们人类生存繁衍的地球。如果我们有机会和宇航员一样,站在太空中回望地球,我们会发现,地球是一颗绝美的、透着淡蓝色光泽的蓝色弹珠。

  海洋才是刻画我们这颗星球形态的主要部分,因为它覆盖了71%的地球表面积。它也是形成我们地球气候的主要因素。

  而现在,因为不断吸收热量,它正处于不断变暖的过程中。这是从1940年到现在海洋上层2000米的热量的变化,蓝色代表比较凉,黄色红色代表比较热,凉和热是相对于1981-2010年这三十年的平均状态而言。

  海洋热量虽然有很多空间上的波动,但是在不断地变暖。

  来看看全球海洋总的上层2000米热含量。这是从1958年开始到2019年的变化,每一个柱子都是一年总的热含量,蓝色的柱子代表热量比1981-2010年平均值低,红色代表热量比这三十年的平均值高。

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  很容易看到,全球海洋在过去60年非常显着地持续变暖。1990年之后的变暖速率比之前速率快了4倍左右,说明海洋变暖在显着地加速。

  大家可能对能量没什么直观的概念,通过几个对比,可以直观地看到海洋变暖的能量到底有多大。

  近60 年,海洋变暖量:3.7x1023焦耳,海表温度上升约0.5 ℃,相当于58亿颗广岛原子弹,过去60年的每一秒钟,都爆炸3-4颗广岛原子弹。这也相当于1600倍中国2017年全年发电量。

  大家可以直接感受到,人类的力量是非常巨大的,正在静悄悄地往海洋里储存能量。海洋,正在成为地球的火药桶。

  如何知道海洋在变暖?

  大家可能会问:我们怎么知道海洋一直在变暖呢?科学家通过长达一个世纪不断观测海洋温度来计算海洋热量的变化。为此发明了非常多海洋仪器。

  比如,1960年之前主要用的是在船上挂个滑轮往水里放的南森瓶和看起来非常笨拙原始的机械式探温仪。

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  本世纪发明的非常具有科技感的水下滑翔机,上世纪下半叶开始使用的很大、很酷的CTD仪器。

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  1966-2001年用的抛弃式探温仪XBT。这是我在地中海出海探测拍的一次投放,可以看到一个人拿着一个发射器,通过一个长长的管子把很小的XBT投放到海里,一分钟左右就能测量700多米水深,非常方便。

  上面的那些仪器都得靠船去放,下面这两种是自动的。

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  一种是靠着萌萌的海豹之类的海洋哺乳动物。一种是自己带有电池,一旦投放就靠着自身动力不断地在海洋0-2000米深度上下漂流。

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  下图是一个典型的在东太平洋红点这个位置进行的一次观测得到的海洋温度廓线,从海表到水下450米深,温度不断降低。

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  海洋学家们就是通过这样的不断观测来得到海洋温度和热量随时间的变化。

  到目前为止,全世界海洋学家们观测到的温度廓线已经超过1300万条,数量还在持续增加。这些数据是我们了解海洋认识海洋的基础。


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