解密气候科学最大谜团:变暖为何间断

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解密气候科学最大谜团:变暖为何间断

2014-01-24 08:28:41   来源： 中国科学报

太平洋是揭开“全球变暖间断”谜团的关键。图片来源：Tim Graham在神秘的“全球变暖间断”现象持续了长达16年之后，科学家有望得出一个令人信服的解释。这个气候科学的最大谜团于1997年末开始出现，当时并没有人发现这一点。1997年末，吹过太平洋的热带信风出现了微妙的减弱。通常情况下，这些信风将被太阳晒热的海水吹向印度尼西亚。随着信风的减弱，温暖的海水向南美洲流动，形成壮观的厄尔尼诺现象。1998年，全球平均温度创历史新高。在此之后，全球变暖停止。

全球变暖间断
目前，科学家正全力探究“全球变暖间断”现象背后的深层次原因。一些人认为太阳、火山甚至污染可能是罪魁祸首，但最新研究指出，解释这种异常现象的关键是海洋。最大“嫌疑对象”是1997-1998年的厄尔尼诺现象，其将大量来自海洋的热量输送至大气中——这已足够使赤道太平洋进入一个持续很久的低温状态，也抑制了全球变暖的速度。科罗拉多州博尔德市美国国家大气研究中心（NCAR）气候学家Kevin Trenberth说：“1997-1998年的厄尔尼诺现象引发了太平洋地区的一系列变化，我认为这很有可能是‘间断’的开始。”根据这一理论，在接下来的几年里，热带太平洋地区将从目前的寒冷状态“走出来”。

鲜明对比
一张全球大气层气温图清晰地显示了“间断”的存在，这与之前预测的全球气温在过去20年快速变暖的结果相矛盾。政府间气候变化专门委员会（IPCC）曾在2013-2014年度评测前进行过一次模拟，结果显示，全球气温在1988年至2012年间，以平均每十年0.21摄氏度的幅度增长。相反，由埃克赛特市英国气象局和英国诺维奇市东安格利亚大学气候研究所观测到的同一阶段气候变暖数据仅有每十年0.04摄氏度的增长。一个最简单的解释是自然可变性。正如每日气温会有冷暖变化一样，气候波动也会使全球气温冷暖无常，这种影响会持续数年乃至数十年。过往的气候数据证明了一些热浪和寒流的存在，它们自古有之，且气候模型暗示，两者中的任意一种均可以在由温室气体导致的气候变暖过程中发生。但是，IPCC的气候模拟没有将这种特殊的“间断”影响考虑进去，这导致许多研究者对气候变暖表示怀疑。一些科学家得出的结论与IPCC的结论刚好相反，他们认为气候模型过高估计了温室气体的影响，未来的气候变暖并不会如模型预测的那般严重，因此不必要感到恐惧。其他科学家认为，气候变暖与长期气温趋势相违背，且古气候数据也不能通过直接延伸当前气候数据来代表。此外，许多研究者警告说，评估模型是基于相对短期的气候变化数据，马萨诸塞州麻省理工学院气候科学家Susan Solomon说：“如果你对全球气候变化感兴趣，那么你必须将研究的时间范围扩大到50年至100年才可以。”

忽冷忽热
在“间断”发生前，赤道太平洋的温度经历了不寻常地上升。这是受厄尔尼诺现象影响的结果。该现象从1997年持续到1998年，导致全球各地出现各种极端天气现象——从智利洪水到美国干旱，再到墨西哥和印度尼西亚的森林大火。但厄尔尼诺现象很快就消散了——和它的突然爆发一样迅速。到1998年年底，厄尔尼诺现象的反效应拉尼娜现象出现，席卷着寒冷的海水回流到赤道太平洋。更重要的是，这一回流现象导致整个东太平洋的水温回冷，其效果或多或少一直持续到今天。海水温度的波动被称作拉马德雷现象（PDO），这种现象或许是解开“间断”谜团的关键。PDO每隔15-30年循环一次，处于正位相阶段时会形成厄尔尼诺现象，导致全球气候变暖，并在接下来几十年中将太平洋东部和中部的热量散发出来。此后该地区会变冷，并进入负位相阶段形成拉尼娜现象。拉尼娜现象将赤道深海中的冷海水带到表层，导致气候变冷。研究者早在1997年便发现了PDO模式，但直到最近才开始了解它是如何与大范围的海水洋流模式相融合及其对解释“间断”的意义。2011年，NCAR的Gerald Meehl领导的研究小组报告称，他们成功将一个PDO模型嵌入到全球气候模型中，并导致全球气候变暖的进程中断了10年。这是一个重大的发现。最新“间断”中所记录的海洋温度数据解释了原因：在一项后续研究中，NCAR研究者证明自1998年后，有更多热量流入海底，这有助于避免大气温度的升高。在第三篇论文中，该团队使用电脑模型记录了该过程的另一个方面：当PDO转为正相位时会使得表层海水和大气的温度升高，导致持续数十年的快速全球变暖。去年，加州拉荷亚市斯克里普斯海洋研究所的Shang-Ping Xie和Yu Kosaka取得了一个关键的突破性进展。两人另辟蹊径，利用近几十年实际的表层海水温度设计出一个赤道东太平洋模型，然后利用此模型观察世界其他地区的气温变化。他们的模型不仅重造了全球气温中的“间断”，还再现了一些受“间断”影响而生成的季节性和区域性气候趋势，包括许多地区的气候变暖和北方更加严寒的冬天。加拿大维多利亚市气候模拟和分析中心气候模型分析师John Fyfe说：“当见到这篇论文时，我受到了极大启发。”但他认为该模型并不能解释所有问题。Fyfe补充道：“该模型没有回答是什么导致了热带冷却现象。”同样供职于NCAR的Trenberth和John Fasullo专门研究冷却现象的成因，他们将风向和海洋数据一并考虑在内，解释该模型的成因。他们的研究详细解释了热带信风是如何与拉尼亚现象一道使热带海水向西流动，并最终沉入深海。这一过程同时会使东赤道区域海底较冷的海水向表层海水流动。在极端条件下，例如1988年的拉尼亚现象，这一过程可能会促使PDO进入负位相阶段。一项对历史数据的分析也证明了Trenberth等人的结论：二战后的几十年经历了一个气温较低的时期，而这一时期正好处于PDO的负位相阶段。此后，地球气温在1976年至1998年之间经历了一次大幅度升温，而这一时期又正好处于PDO的正位相阶段。纽约州哥伦比亚大学气候学家Mark Cane说：“我认为这些强有力的证据已经说明了问题。‘间断’是赤道东太平洋长达十年的气候变冷所致。”