文|《中國科學(xué)報》記者 趙廣立 刁雯蕙
前不久，剛以通訊作者身份在《科學(xué)》雜志發(fā)表了文章的曾振中，腦袋里仍有一堆問號。
倒不是論文有什么問題。作為南方科技大學(xué)從事地球系統(tǒng)過程與全球變化領(lǐng)域研究的教授，他和寧波東方理工大學(xué)等機構(gòu)的合作者，共同關(guān)注了近年來最著名的氣候事件：2023年以來持續(xù)出現(xiàn)的海洋極端高溫。在論文中，他們不僅報道了2023年席卷全球的海洋升溫事件，還嘗試摸清海洋“發(fā)高燒”的潛在“病因”。
面對這些異常，曾振中總?cè)滩蛔∽笏加蚁?。但大多?shù)時候他也只是“瞎猜”，甚至“想不通”——“為什么會這樣”“本質(zhì)的原因是什么”“將來會怎么變化”……
“我們就像一個海邊撿貝殼的小孩，有太多未知?！闭撐陌l(fā)表后，他在朋友圈寫道。在他看來，他們對2023年極端高溫的探究“只是拋磚引玉”，就像打開了新認(rèn)知的窗口，“還有很多問題亟待解決”。
曾振中懷抱著1歲多的愛女
觀測到刷新紀(jì)錄的海洋熱浪
時針撥回到2023年初?？茖W(xué)家們預(yù)測當(dāng)年僅為一個“中等強度厄爾尼諾年”，普遍認(rèn)為全球溫度不會太高。
但到了2023年4月，曾振中嗅到了異樣。
“全球海洋溫度在不斷升高！”這年4月，一位美國學(xué)者在南方科技大學(xué)交流時展示的一組海洋溫度數(shù)據(jù)顯示，3月以來海洋溫度異常變暖。這引起了曾振中的高度關(guān)注。
海洋就像是地球的能量池和調(diào)節(jié)器，一旦升溫甚至“發(fā)燒”，整個地球系統(tǒng)可能都會受到波及。
于是，他開始每天關(guān)注全球海洋溫度的走向。不關(guān)注不知道，這一關(guān)注嚇一跳。他們通過不間斷的記錄，發(fā)現(xiàn)北大西洋和西南太平洋分別發(fā)生了276年一遇和141年一遇的極端升溫事件，其強度和持續(xù)時間遠(yuǎn)超歷史同期。
寧波東方理工大學(xué)與南方科技大學(xué)聯(lián)合指導(dǎo)博士后董天云告訴《中國科學(xué)報》，自2023年3月開始，他們繪制出來的海洋溫度變化曲線不斷爬升，且每一天的海溫都在刷新著有觀測記錄以來的最高值，“這意味著歷史上沒有任何一天這么熱過”。
縱覽2023年全年，他們記錄的全球平均海洋熱浪（持續(xù)的海溫異常增暖事件）的持續(xù)時間為120天，平均強度達(dá)到1.3℃，發(fā)生海洋熱浪的覆蓋面積超過96%，遠(yuǎn)高于過去40年的平均水平。
“2023年多區(qū)域海洋熱浪事件同期爆發(fā)，反映出氣候系統(tǒng)正經(jīng)歷顯著且復(fù)雜的變化過程。”曾振中表示。
在一次學(xué)術(shù)活動中，他與寧波東方理工大學(xué)助理教授陳云天討論起這一異?，F(xiàn)象，引發(fā)了后者的興趣和擔(dān)憂：海洋溫度上升帶來的影響不容小覷，不僅關(guān)乎氣候變化，對海洋生態(tài)環(huán)境、能源設(shè)施、漁業(yè)等多方面都會產(chǎn)生沖擊。
不能袖手旁觀！他們決定做點什么。
陳云天（左）和曾振中
“理所當(dāng)然”被打破
曾振中回想起自己博士畢業(yè)的2016年，恰逢極端厄爾尼諾年，全球氣溫驟升1.2℃。
他曾以為，這次氣溫躍升后，全球?qū)M(jìn)入一個相對穩(wěn)定的時期，2030年前仍有望守住《巴黎協(xié)定》升溫1.5℃的目標(biāo)。
那時，科學(xué)界一直有個共識，只要通過年初預(yù)測是否為極端厄爾尼諾年，就可以判斷該年全球氣溫是否會再次劇增。
但2023年的異常氣候打破了這些“理所當(dāng)然”。
“2023年初我們預(yù)測對了厄爾尼諾指數(shù)，這一年確實不是極端厄爾尼諾年。但是，我們的假設(shè)錯了。”曾振中沒想到，同時也讓全球氣象學(xué)家大跌眼鏡：2023年全球平均氣溫意外突破1.5℃，創(chuàng)人類歷史首次。
全球海表溫度和海洋熱含量也雙雙創(chuàng)下歷史新高。2023年最終被世界氣象組織認(rèn)定為“有記錄以來最暖的一年”。
但這還沒完。曾振中告訴《中國科學(xué)報》，2024年全球平均氣溫更是進(jìn)一步升高了1.6℃，直到今年，海洋與陸地的熱浪仍在世界各地持續(xù)肆虐。
“短短十年間，全球增溫幾乎耗盡了過去百年的‘額度’?！痹裰姓f。
異常的天氣系統(tǒng)引發(fā)了全球的關(guān)注。美國國家航空航天局（NASA）氣候主管加文·施密特（Gavin Schmidt）不由得發(fā)問：“我們迫切需要弄清楚，為什么2023年可能是10萬年以來最暖的一年？”
董天云、曾振中、陳云天、陳德亮、張東曉等人聯(lián)合國內(nèi)外合作者發(fā)表在《科學(xué)》上的這篇文章，便是嘗試破解出這個問題的答案。
曾振中（左）、董天云（中）、陳云天一起開會
情況搞清楚了
據(jù)董天云講述，他們繪制出2023年這場異常持久且劇烈的海洋“高燒”曲線圖后，就想著盡快投稿報告這起事件。但《科學(xué)》雜志的審稿人顯然對他們期待更多，“希望團(tuán)隊對2023年海洋熱浪事件形成的物理機制做出解析”。
此時已是2024年10月。接到審稿意見的時候，曾振中正在國外出差，他連夜召集團(tuán)隊成員——法國巴黎索邦大學(xué)教授李肇新、中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員周天軍、中國科學(xué)院外籍院士陳德亮等，開會研討如何增加新的分析以回答審稿人的問題。
作為第一作者，董天云肩上的壓力最大。描述海洋熱浪事件形成的物理機制，面臨著“多圈層耦合、多尺度疊加、多因素非線性作用”的復(fù)雜性問題等挑戰(zhàn)，是海洋氣候?qū)W和物理海洋學(xué)領(lǐng)域的高難度科學(xué)問題。而精準(zhǔn)解析機制須依賴多源、高分辨率、長時序的觀測與模擬數(shù)據(jù)。
好在，壓力并沒在她身上持續(xù)多久——他們注意到NASA和麻省理工學(xué)院等機構(gòu)更新了全球大洋環(huán)流數(shù)據(jù)同化模式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集ECCO2，恰好彌補了團(tuán)隊在高分辨率數(shù)據(jù)方面的不足。
董天云
從數(shù)據(jù)中挖掘機理，正是陳云天、董天云等人擅長的事。拿到數(shù)據(jù)后，研究團(tuán)隊馬不停蹄，立即著手整合ECCO2高分辨率日尺度海洋深層的數(shù)據(jù)資料，開展混合層熱收支分析；并對短波輻射、混合層變化、海洋平流和上升流等“熱力-動力”過程在不同海域的相對貢獻(xiàn)進(jìn)行量化，首次厘清了全球四大關(guān)鍵海區(qū)熱浪的不同驅(qū)動機制。
在精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析之下，情況很快搞清楚了——
北大西洋：云量減少、混合層變淺，短波輻射增強和緯向平流促成了海洋熱浪的持續(xù)發(fā)展；
西南太平洋：主要是因為海洋經(jīng)向輸送增強加之云量減少，導(dǎo)致海表變暖；
北太平洋：短波輻射增強與潛熱損失減少共同作用，疊加變淺的混合層，致使海面迅速變暖；
熱帶東太平洋：厄爾尼諾驅(qū)動的經(jīng)向、緯向平流及上升流的變化，共同加劇了該區(qū)域的海洋增暖。
曾振中告訴《中國科學(xué)報》，這些海域的海洋熱浪情況，再一次印證了海洋與大氣系統(tǒng)的能量交換是一個耦合非線性過程，其中存在復(fù)雜的動態(tài)變化因素，而全球變暖，“加劇了這一過程”。
問號，還有很多
在將最新的數(shù)據(jù)分析結(jié)果提交給《科學(xué)》編輯部后，董天云一邊期盼文章能順利接收，一邊抽空去爬了位于浙江舟山群島的普陀山。
回來之后沒幾天，就傳來了文章被順利接收的消息。
“我們還說，要去普陀山還愿?！彼χf，這多少有點“玄學(xué)”了。
他們當(dāng)然不相信什么“玄學(xué)”。研究團(tuán)隊準(zhǔn)備順藤摸瓜，去探究地球氣候系統(tǒng)科學(xué)更多的規(guī)律。
一個顯而易見的問題是，他們這項成果暴露了傳統(tǒng)氣候預(yù)測模型在應(yīng)對突發(fā)性氣候事件預(yù)測的“盲區(qū)”。傳統(tǒng)氣候模型還靈不靈了？如果傳統(tǒng)氣候模型“失靈”，新的理論模型應(yīng)該怎么建立？海洋熱浪事件是否能成為預(yù)警地球氣候系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)變的重要信號？
更讓曾振中耿耿于懷的是，為什么自2023年起，全球氣候變化驟然加速？正所謂“風(fēng)起于青萍之末，浪成于微瀾之間”，最初的擾動從何而來？都有哪些正反饋機制在悄悄發(fā)揮作用？
他告訴《中國科學(xué)報》，如果能明確或找出驅(qū)動全球海洋熱浪的關(guān)鍵正反饋機制，未來也許就能顯著提升預(yù)測能力，進(jìn)而在防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)保護(hù)等方面采取更有效的行動。然而，面對復(fù)雜的地球系統(tǒng)，人們已知的只是滄海一粟。地球氣候系統(tǒng)是否已邁入一種全新狀態(tài)？未來能否呈現(xiàn)非線性、不可逆的發(fā)展軌跡？有太多的未知，等待人類去解鎖。
“這些疑問，亟須我們深化地球系統(tǒng)科學(xué)研究，以更全面理解并有效應(yīng)對氣候變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?！痹裰姓f，地球系統(tǒng)科學(xué)的特點也注定了不能靠單一團(tuán)隊作戰(zhàn)，更需要全球多學(xué)科團(tuán)隊緊密合作，進(jìn)行更深入的研究。
相關(guān)論文信息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr0910
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