如果二氧化碳濃度增加一倍，到21世紀末，全球平均地表溫度將升高多少攝氏度？近日，海南熱帶海洋學(xué)院教授、上海交通大學(xué)海南研究院客座教授馬建等人在施普林格·自然集團期刊《npj氣候與大氣科學(xué)》連續(xù)發(fā)表兩篇論文，就海表增暖型、云輻射反饋這兩個與全球氣候變化密切相關(guān)的問題提出了新理論范式。根據(jù)新范式測算，本世紀末全球平均地表溫度將升高3—5℃。這個預(yù)測的不確定性較原有理論測算降低33%。

“升高3—5℃，對人類來說是個非常嚴峻的消息，意味著熱浪、寒潮、臺風(fēng)、洪水、干旱等極端天氣會越來越多。”馬建教授說，“我們在治理氣候問題上可利用的時間已經(jīng)不多了，但令人憂心的是，美國政府的一系列做法對全球氣候治理造成很大影響?！边@些做法包括：退出《聯(lián)合國氣候變化框架公約》和政府間氣候變化專門委員會（IPCC）；撤銷美國環(huán)境保護署在2009年作出的“溫室氣體危害認定”；宣布將解散美國國家大氣研究中心、拆分美國國家海洋和大氣管理局。

美國國家大氣研究中心梅薩實驗室，建筑由貝聿銘設(shè)計。

馬建解釋，在全球氣候變暖趨勢中，海洋表面升溫并非均一，而是在各個區(qū)域具有冷暖不同的形態(tài)，這種現(xiàn)象在學(xué)術(shù)界被稱為“海表增暖型”。它會引起氣候系統(tǒng)響應(yīng)，包括大氣環(huán)流、水汽、云、能量輸運、臺風(fēng)活動以及輻射反饋等。在21世紀氣候預(yù)估中，海表增暖型有很大的不確定性，海表增暖型的形成機制和云輻射反饋的涌現(xiàn)約束是重要的前沿研究領(lǐng)域。

今年1月發(fā)表在《npj氣候與大氣科學(xué)》的論文《單半球海氣相互作用塑造南太平洋表面增暖和風(fēng)場變化》報道了一項研究3年的成果，它顛覆了國際學(xué)術(shù)界普遍認可的跨赤道反饋的主導(dǎo)地位，提出新的單半球海氣相互作用，來解釋南太平洋海表增暖型和風(fēng)速變化的形成機制。

在夏威夷大學(xué)攻讀博士學(xué)位時，馬建與他的導(dǎo)師、國際頂尖氣候與物理海洋學(xué)家謝尚平教授一起發(fā)現(xiàn)了副熱帶南太平洋的相對冷卻現(xiàn)象。這種現(xiàn)象背后的主導(dǎo)機制是什么？他們建議將“跨赤道風(fēng)—蒸發(fā)—海溫反饋”作為重點方向加以研究。此后，國際上有諸多研究工作采納了這個建議，已證明蒸發(fā)冷卻是引起海表增暖型的一個重要過程。

然而，在上海交大工作期間，馬建與合作者發(fā)現(xiàn)起主導(dǎo)作用的并不是跨赤道反饋。他們從南北半球海溫和風(fēng)速的解耦現(xiàn)象出發(fā)，利用南太平洋海盆外的格林函數(shù)實驗，顛覆了“跨赤道風(fēng)—蒸發(fā)—海溫反饋”機制在這個區(qū)域起主導(dǎo)作用的理論假說。他們提出的新機制名為“單半球傾斜風(fēng)—蒸發(fā)—海溫反饋”。以均勻增暖和直接輻射效應(yīng)為激發(fā)點，發(fā)現(xiàn)南太平洋副熱帶高壓向南遷移與增強，引起風(fēng)速增強從而初步冷卻海表。這個冷卻信號向赤道方向傳播，在傳播過程中，源自海表的大氣冷卻在中上層受到絕熱加熱的阻擋。于是，中高空冷信號引起的海平面氣壓升高，與海表冷信號出現(xiàn)了約90度的南向相位差，從而形成“冷而又冷”的海氣正反饋。

單半球傾斜風(fēng)—蒸發(fā)—海溫反饋機制示意圖

在構(gòu)建氣候變化動力學(xué)新理論的基礎(chǔ)上，馬建與合作者瞄準氣候變化領(lǐng)域最前沿的科學(xué)問題——全球云反饋的根本特性和涌現(xiàn)約束，提出了“比例暖者更高”的新理論范式。這項耗時6年的研究成果，今年2月發(fā)表在《npj氣候與大氣科學(xué)》上。

據(jù)介紹，云對地球輻射平衡有顯著影響，并隨著地表變暖而發(fā)生復(fù)雜的變化。由此引發(fā)的云輻射反饋，是未來氣候預(yù)測中最大的不確定性來源。在21世紀氣候預(yù)估中，海表增暖型有很大的不確定性，對云輻射反饋的不確定性有至關(guān)重要的影響。這篇論文揭示：海表增暖型驅(qū)動了熱帶云量的百分比變化，從而導(dǎo)致云高變化?；谶@一發(fā)現(xiàn)，論文提出了“比例暖者更高”范式，并構(gòu)建了基于空間型的百分比分析框架，識別出主導(dǎo)云反饋的關(guān)鍵因子。

約束后的海表增暖型（B）和云輻射反饋：（A）水平分布與（C）全球平均值

在此基礎(chǔ)上，研究團隊建立了一個針對模式預(yù)估的21世紀云反饋的涌現(xiàn)約束方案，開發(fā)了不確定性歸因程序和面向過程的兩段式機制。得到的全球云反饋為0.49±0.27W m?2K?1，將模式間不確定性降低了59%。繼而，根據(jù)地表增溫與云反饋的強相關(guān)關(guān)系，利用約束后的反饋值，將氣候敏感度的不確定性降低了33%。

這項研究最終預(yù)測，二氧化碳濃度加倍后，全球平均地表溫度達到平衡時的暖化值為4.08±0.97℃。

• 信息來源:上觀新聞 作者：解放日報 俞陶然。

  轉(zhuǎn)載請注明信息來源及海洋知圈編排。