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？
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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。8 ^) U# O- W( ^5 ~4 p: e1 b
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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。4 t5 l3 C3 }" B8 U+ M: C
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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。, p' r% [6 L3 h
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。) I1 s! e7 N/ I! `4 U, f
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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" F6 L( R/ ^. z; ~/ p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%。
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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。/ F& H8 E' D# ]6 @4 g
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全球变暖的能量去了哪里？
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1 P" I( @- w. V+ X全球变暖产生的这些多余的能量去哪里了呢？* P4 ~5 S& T# l# D- C4 q
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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。
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. `$ a' {: d/ s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。" {9 k' K" J: l$ k
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" @, }2 q0 M, i9 b5 Y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。
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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。
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( \) U x3 c& f$ y( w1 p8 z) R$ _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。' b( \& P: I' S' E. G d; h9 a
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: Z& G+ e# K7 g* L海洋热量虽然有很多空间上的波动，但是在不断地变暖。
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& y& M- I' O" j! g) O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。* z: z" Y8 b. q' l4 K5 I$ G5 I
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+ v3 H. }$ Y# \很容易看到，全球海洋在过去60年非常显著地持续变暖。1990年之后的变暖速率比之前速率快了4倍左右，说明海洋变暖在显著地加速。5 H4 z$ J: E- q) h$ e
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8 | S/ S' ?0 Z' O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。
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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。
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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。4 w. u9 h* n! R7 h: H" \' T, x: Q# N! J
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如何知道海洋在变暖？- D( w" j7 L3 W+ s4 x' @
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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。: R; c3 s0 k' p9 |1 ^5 E' e
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3 T' z: b$ Q* H2 ~. X+ ^% ~# Y1966-2001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。8 z* {& M8 {$ v Y; A, W, C: a
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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。- M; p# F1 b1 h! }: i! z
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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。( h6 r; b' o; z) \4 q' U
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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。 Q4 L9 w4 W4 h
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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。7 e1 J# D7 i% l3 j
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海洋变暖是好事还是坏事？
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7 s( E: d; N) s% |9 N既然我们已经通过各种手段明确了海洋在变暖，那么变暖到底是好事还是坏事呢？
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大家可能首先想到的是游泳，水热了游起泳来是不是更舒服了？确实可能有一点。但很多时候我们都无福消受。, y2 f4 {, O' c5 M* T( b" {
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另一个好处是“北极航道”的缩短，平常从北极进行太平洋和大西洋之间的航行一定要绕过厚厚的北极海冰，走蓝色的航线。但全球变暖会让一年有些时间北极海冰完全消失，走红色直线就好。在经济上肯定有所节约，降低运输成本。. O9 L! K2 T$ w" b4 @8 Y. c) Q t$ e
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: V& t8 J: R0 m6 ^$ N. s# `坏处是海洋变暖会让海平面上升。根据热胀冷缩的原理，海洋变暖体积就会增加，导致海平面上升。. w: i! W; x7 Q( p$ e
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上面这张图是1993年以来海平面上升及其“贡献因素”。20余年海平面上升了7.5厘米，变暖膨胀“贡献”了其中40%，其余60%是由于冰盖和冰川融化使得更多的水注入海洋导致的，其中包括南极冰盖、格陵兰冰盖和陆地冰川。- O/ G; d6 d7 i" ^8 }# a9 \- _
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但是，全球海平面上升只是海平面影响的一小部分。
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海平面对沿岸和小岛屿的影响需要考虑区域差异、考虑潮汐的峰值、考虑风暴潮（比如台风天气带来的大浪等打击）、考虑对沿岸的侵蚀，也要考虑人类不断建造建筑物使得土地沉降这样的相对水位的上升。
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3 b/ q4 R9 S- `( ^ L- Z3 S这些因素的叠加使得海平面上升的影响远远不止全球平均上升幅度那么一个数字。6 S; m/ N( g4 P. ]" k* E
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一个例子就是威尼斯。下图是威尼斯街道随手拍：河在下方，台阶上就是人生活的街道，不会超过50厘米高。/ y- ` ~1 F& @) F( g7 |
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伴随着海平面上升、极端天气和潮汐等一系列因素叠加，2019年威尼斯发生了自1966年以来最严重的洪水，90%以上的街道都被淹了。8 g( A/ L' D, ~; X+ s+ D3 x( {
这就是真实的海平面变化的风险。你可以想象这样的情况发生得越来越频繁的话，威尼斯会真的从水城变成“泡在水中的城市”，人显然没法继续在这里生活。就像可乐变热了里面的气就跑了，海洋变暖了也会导致海洋溶解氧下降。过去60年海洋溶解氧已经下降了大约3%。就像人类呼吸需要氧气，海洋很多生物也需要呼吸氧气，这对鱼类等海洋生物是极大的挑战。
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海洋渔业为32亿人提供了20%的动物蛋白摄入，是我们重要的食物来源。- A8 P/ s3 [: F0 C8 \4 ^
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1 M5 B" r& {4 Q: i: }3 g$ Y随着变暖、污染等海洋环境变化，我们已经发现了海洋渔业资源的减少，从1930到2010年，海洋渔业专家们发现最大可持续产量已经减少了4.1%。
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珊瑚礁更为脆弱，因为它们不像鱼类能迁移，将直接面对气候变化带来的冲击。珊瑚礁就像海洋中的热带雨林，以0.1%的面积，供养了25%的海洋生物。但目前珊瑚礁在持续白化，在2016-17年大规模白化后，大堡礁今年又出现了新一轮更为广泛的白化事件。& n3 j; |3 a- Z4 o4 O. L
这对海洋食物链是极大的打击：大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米，虾米小鱼都没了，可想而知大鱼也不会好受。
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海洋变暖也会导致台风和飓风更强、降水更多，因为海洋是台风/飓风的一个主要能量来源：变暖的海洋会提供更多的能量。
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前面只举了一些例子，但总体而言，我们已经非常清楚，短短数十年和百年内发生的剧烈的、全方位的变化。5 [3 [4 E) `* }
1 [- z' P; Y7 w# h7 l8 @其负面影响远远大于正面影响，对于人类和生态系统来说，海洋正在成为真正的火药桶。
3 K) M( z6 X# I, o6 {* ~未来会如何？该怎么办？; y1 y1 X2 r a3 x8 \# O( @7 A! _
未来如何？该怎么办呢？
5 i3 Q. K9 `+ K9 d E- S+ u& x2015年，各国首脑和谈判专家开了一个会，虽然吵得头破血流，但最终制定了一个“小目标”：努力把全球平均气温上升幅度控制在2℃以内，并为控制在1.5℃内付出努力。( Z# R. Z5 m( O; _; c7 l. N q& }
) z' i7 [) ^3 ~) [% n《巴黎协定》代表了一个较为可控的未来。下图是1950年到现在全球地表气温变化，以及科学家对未来变化的预估。0 |( |" D1 E$ K1 w
% p0 a' y0 p# v( ?/ ^! C一个预估是大概能实现《巴黎协定》目标，蓝色。一个是维持高温室气体排放，红色。
4 V' d) y) l' E' H可以看到，如果能实现《巴黎协定》的目标，21世纪气温将最多上升1℃。但如果还是维持高温室气体排放，2100年的气温将比现在高至少4摄氏度。大家可以想象在炎热的夏天，气温再高4度是什么感受。
& K3 N0 c/ t+ _# \6 L9 h然而，不幸的是，对于海洋来说，就算近似可实现《巴黎协定》，海洋变暖也不会得以遏止。
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9 Q. c% d! c( I上图是过去60年海洋0-2000米热量变化以及未来两个情景预估。如果近似可实现《巴黎协定》，21世纪海洋变暖将是过去60年的3倍；如果维持高排放，变暖量是过去60年的6倍！7 u1 G) r& a9 }' j( g
海洋，就像一辆超级巨型卡车，一旦让它动起来，惯性太大，很难遏止。同样没法控制的是海平面上升。
$ Q7 P2 ^9 n: w( o3 g下图给出了海平面各个贡献因素的21世纪预估。近似可实现《巴黎协定》是蓝色，高排放是红色。21世纪变暖膨胀、格陵兰融化、南极冰盖、山地冰川融化全部将会持续上升，使得海平面持续上升。海平面上升将至少持续到2300年。8 P$ F7 V3 t. C9 f( D
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用一个直观的例子来说明全球平均海平面到底会上升多少。以小李子为参照，他身高大概是1.8米。到2100年，如果《巴黎协定》实现控温2度，海平面将上升0.43米，到膝盖这个位置，维持高排放是0.84米，到胯这个位置。' T( }6 t# u- z) i+ J: H5 p
* t+ P& U! w# ]' v5 f' x到2300年，如果控温2度，1米；如果维持高排放，3.8米，大概有1层半楼那么高。大家可以想象，很多大家熟悉的海边沙滩、建筑都将被淹没。: H. _; h: A: r$ a
目前世界上30个超级城市中，有17个在近海，气候变化对大城市的风险将在未来变得越来越大。- o/ ^0 ^) C; ?7 G% J
因此，站在海洋的角度，应对未来将发生的一系列变化和危机需要两条腿走路：
2 A; {3 ?1 y, F8 E! ?& l第一，按照《巴黎协定》的目标实现减排以及绿色、可持续发展，降低风险。
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第二，对于无法避免的变化，要适应变化、提前准备好应对变化带来的风险。
! Y# a, H9 t7 W举一个简单的例子，应对变化，其实我们可以做很多事情。我有一套海景房，海平面持续上升，啥都不干必然会影响到我的房子。
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但是我们知道未来海平面要上升，那么就可以预先计划，修的时候就把地基打得很高，这样就不会受到上升的影响；也可以做防护，修建防波堤等等；当然也可以搬迁到地势更高的地方。, j9 N* \& J4 g9 ]7 X2 d( M `
前面那些太费钱，就做点小调整，做个吊脚楼风格的调整。可以采取一些构建沿岸红树林啊、湿地等生态系统做一个缓冲区，来降低风险。
6 |5 t8 l% W ?8 w" k* l/ Y法国科学家做了一个非常形象的实验，水槽里面模拟海中的大浪，在近岸种了很多水生植物，模拟红树林等一些近岸生态系统。% v- x. e% _/ l7 f8 P- p
可以看到，任它波浪滔天，经过生态系统的缓冲后，到岸边也非常风平浪静。我国目前也投入了大量的人力物力来修复、维持和构建沿岸生态系统。. a5 { s6 q& t1 S1 ^9 E0 M9 U
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但是，可悲的是，现在国际上对气候治理其实是陷入僵局的状态。
/ R; b2 g$ [% j* T; ]% Z( V4 s如果要达到《巴黎协定》的目标，我们需要把二氧化碳排放在2020年达到峰值后不断减排，就像图中蓝色线这样。要控温1.5度，减排当然要更多。6 O( ?0 ?* L( U9 U; b. o' p8 O
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但是目前各国的气候政策是沿着黄色的线发展的，CO2还是在持续不断地上升，各国愿意做出的减排承诺也非常有限，因此，现实和目标之间差距还是非常大。要达到《巴黎协定》目标，全世界需要付出更大的努力才行！最后，人类不断发展进步成为地球食物链的顶端，但是在发展进步的同时伴随着明显的气候风险，对于人类自己和地球系统所有生物的风险。
. Q; Y9 b9 Q% Q6 d) h) y幸运的是，人类可以选择自己的未来。希望我们的未来是一个可以持续发展的、人和自然和谐共存的未来。
: I/ Z2 h2 G7 i' H \8 s文章来源：格致论道讲坛 |
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