极端气候频发，是洋流惹的祸？
2024-12-13 00:00:00李忠东
科学24小时 2024年12期
气温升高的地球
2024年6月，世界气象组织发布的《全球年度至十年气候最新通报（2024—2028）》指出，我们正日益逼近《巴黎协定》所设定的气候变化风险阈值的上限。这份最新通报预计，2024年至2028年期间，每年全球近地表平均温度将比1850年至1900年的基线高出1.1°C至1.9°C；未来5年中至少有一年创下新的温度纪录的概率达86%。在2024年至2028年期间，全球近地表平均温度比工业化前高出1.5°C的可能性为47%；而在2023年的通报中，这一可能性为32%。
此外，根据《欧洲中期天气预报中心对1950年1月至今全球气候的第五代大气再分析数据集》的表述， 2023年6月至2024年5月全球年平均气温为有记录以来最高，比工业化前的1850年至1900年的平均值高1.63°C。
世界气象组织副秘书长柯·巴雷特指出：“这些统计数字背后隐藏着一个严峻的现实，那就是我们远远偏离了实现《巴黎协定》所设目标的轨道。”更加极端的天气将导致数万亿美元的经济损失，并给数百万人的生命造成威胁，环境和生物多样性也将受到严重损害。他强调，必须紧急采取更多减少温室气体排放的措施，否则将付出越来越沉重的代价。
根据欧盟气候监测机构——哥白尼气候变化服务局2024年7月8日发布的最新月度公报，自2023年6月以来连续13个月，全球气候比以往同期更为炎热。最新数据表明，2024年极有可能会超过2023年，成为有记录以来最热的一年，因为人类造成的气候变化和厄尔尼诺等自然现象，都在将2024年的气温进一步推向历史最高。
被突破的“气候临界点”
《自然》杂志曾经刊登过一篇论文，文中提到了一个词语——“气候临界点”，它代表着地球生态稳定的关键因素。所谓“气候临界点”，即科学家所称的“气候引爆点”，指全球升温超过某一个温度阈值时，导致气候系统发生不可阻挡的变化，即使全球变暖结束也不可逆转。
对于这个“临界点”，2018年诺贝尔经济学奖得主威廉·诺德豪斯曾做过这样的比喻：水面上漂浮的独木舟，开始倾斜进水的时候尚能保持平衡，但当倾斜达到一定程度时，它就会倾覆。造成独木舟倾覆这个不可逆后果的倾斜角就是“临界点”。同样的道理，“气候临界点”就是气候变化中的突变点，一旦跨过这个突变点，就会导致不可收拾的后果。
近年来，对全球具体有多少个灾难性“气候临界点”的科学认知不断发展。在2008年前后，科学家认为可能有14个，到2018年前后确定有15个。2022年9月9日，《科学》杂志发表了一项重磅研究，科学家发现地球一共有16个“气候临界点” ，并且它们相互之间会产生级联效应，导致不可逆转的巨大灾难发生。
这项研究由波茨坦气候影响研究所及英国埃克塞特大学等机构的科学家组成的团队完成。他们评估了2008年以来的200多项研究，发现了16个“气候临界点”的证据，其中9个已经被突破，占到了一半以上。这９个分别是北极海水面积不断缩小、格陵兰冰盖加速流失、北方针叶林频繁火灾与虫害、永久冻土不断融化、“大西洋经向翻转环流”不断减弱、亚马孙雨林频繁性干旱、暖水珊瑚大规模死亡、西南极冰盖加速流失和东南极威尔克斯冰下盆地加速流失。每突破一个“气候临界点”，就意味着地球的生态系统离崩溃近一天。
一项最新研究显示，受气候危机影响，格陵兰冰盖的融化速度惊人，比之前的预测快20%。科学家通过分析卫星数据发现，在2002年4月到2021年8月这将近20年的时间里，累计有4.7万亿吨冰川融化。卫星图像显示，格陵兰岛上冰盖的融化主要是从边缘处开始的。随着时间的流逝，冰盖会变得越来越薄，面积也会越来越小。
暖水珊瑚生活在温暖的浅水里，一般分布在温度高于20°C的赤道及其附近的热带、亚热带地区。虽然浅水只覆盖了不到2%的海底，却是近四分之一的海洋物种赖以生存的家园。全球变暖是造成暖水珊瑚死亡的主要原因之一，一旦水温超过一定的阈值，暖水珊瑚就会进入脆弱的状态。此外，全球变暖导致的海洋酸化会破坏珊瑚的骨架结构。科学家预测，再过7年，全球海洋中接近六成的暖水珊瑚将会消失不见。
“气候临界点”具有不可逆性。一旦“气候临界点”被全部突破，仅凭系统内部过程本身，就能快速产生剧烈的变化，系统将无法恢复至原来的稳定状态。这就如同往山顶推石头，越过山顶，石头就会急速坠落，挡都挡不住。并且，我们目前难以预测哪个“气候临界点”会被突破，就像“泰坦尼克号”巨轮航行在黑夜里的浮冰区一样，明知道前面有浮冰，却无法精确判断其位置，等人们发现浮冰时，巨轮已经刹不住车，也拐不了弯。
“气候临界点”被突破，具有全球性和区域性影响，会带来毁灭性的气候影响。以俄罗斯、加拿大、北欧等地区的永久冻土为例，它们封存了大量的甲烷和二氧化碳，甲烷产生温室效应的能力大约是二氧化碳的25倍。一旦地球温度升高，导致寒冷地区的冻土融化，就会使这些甲烷被释放进入大气，引起更强烈的温室效应。
经历热浪的海洋
气候系统的五大圈层包括大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈。这些圈层相互作用，共同影响地球的气候系统。
作为地球水圈的最重要的组成部分，海洋同气候系统各圈层之间存在着相互依存、相互作用的关系，是维持地球表面的环境和生命特征的一个基本环节。海洋的温度、化学成分变化、水流和生命驱动着全球生态系统，是影响全球天气和气候的主要因子。
海洋吸收了到达地球的大部分太阳辐射能量，而赤道接收的太阳能远多于两极。经度和纬度方向上的大规模洋流，实现了这些热量的全球循环。大洋中的洋流规模非常大，最大的洋流有几百千米宽、上千千米长、数百米深。一些洋流能够将热量携带到数千千米之外，同时把大部分热量返还给大气层。
大洋环流主要分为风生环流和热盐环流两类。其中，风生环流就是中学地理应掌握的知识点——“风生海流”。风吹过海面时，风对海面的摩擦力，以及风对海浪迎风面施加的压力，迫使海水流动。但由于海水的黏滞性对动量的消耗，这种流动随海水的深度增加而减弱，通常只影响到海洋表面以下400米深处。
热盐环流是由密度梯度（密度差异）驱动的深层环流。海水的密度由温度和盐度决定，温度越低，盐度越大，则密度越大。当海面受热不均匀，或者蒸发、降水不均匀时，海水的温度和盐度就会发生改变，进而造成海水密度差，引起全球尺度的深海流动。比如，海水表面低温高盐的水团会因为密度大而下沉。
热盐环流也被称作“大洋环流传输带”，控制着全球大洋约90%的水体，是调节全球气候系统的关键纽带。大尺度的海洋环流是地球物质和能量再分配的主要方式：高纬度地区冰冷且含盐量高的海水流向低纬度地区，低纬度的高温洋流则向高纬度流动。
随着人类活动的加剧，人为排放的温室气体随之增加，海水温度近几十年来持续攀升。1993年至2022年间，全球平均海面温度每10年上升约0.42℃。但从2023年3月开始，海面温度在短短5个月内攀升了约0.28℃。2024年6月，联合国教科文组织报告声称，全球海洋的变暖速度20年间已增加了一倍。越来越多的证据表明，极端气候正在对海洋及其生态系统造成严重的破坏，将海洋推到了灾难的边缘。
流速减缓的“大西洋经向翻转环流”
作为全球热盐环流的一部分，大西洋洋流系统是大洋环流传输带的重要组成部分。它的学名是“大西洋经向翻转环流”，其中的“经向”指南北方向。它是地球气候的一个重要调节系统，将表层的温暖海水、热量、盐分、营养物质等从赤道附近运往高纬度地区，向北传送到北大西洋。温暖的海水从热带区域流向北大西洋的过程中，遇到北大西洋的低温气候和冷水域时冷却。冷却后含有更多盐分的海水下沉至海底，形成深海盐池。随后，这部分富含盐分的海水从深海回流至赤道地区，从而调节全球气候系统模式。
“大西洋经向翻转环流”是维持地球气候稳定不可缺少的一部分，有助于分配能量和热量，并调节全球变暖的影响。得益于此，欧洲每年1月的平均气温要比同纬度的亚洲与北美洲的东海岸高出15～20°C。西班牙维哥大学物理海洋学研究小组的组长加布里埃尔·罗松在接受媒体采访时表示，“大西洋经向翻转环流”的过程决定了欧洲的宜居性，因为“它向大气释放大量热量，使北欧的冬天相对温和”。
然而，目前“大西洋经向翻转环流”正处于1000多年来最疲软的状态，已经进入了一个减缓的过程。这可能直接导致几十年后，“大西洋经向翻转环流”达到一个“不归点”。荷兰乌得勒支大学的一篇论文指出，格陵兰岛冰川的融化是导致“大西洋经向翻转环流”流速减缓的原因之一。 “大西洋经向翻转环流”是一个复杂的洋流系统，其运作方式类似于一条巨大的全球传送带。它把温暖的海水从热带区域输送往北大西洋，这些海水在北大西洋冷却，从而变得富含盐分并沉入海洋深处，然后向南扩散。多年以来，气候危机加剧造成了决定洋流强度的温度和含盐量的平衡被打破。这种状况之前曾在地球上出现过。早在1.2万多年前，冰川迅速融化导致“大西洋经向翻转环流”停止运作，从而造成北半球气温在10年内出现了10～15℃的巨幅波动。
2023年7月25日，丹麦哥本哈根大学的物理学家彼得·迪特莱夫森和统计学家苏珊妮·迪特莱夫森在《自然》杂志上发布了一项最新研究，指出到2100年，“大西洋经向翻转环流”的速度可能会减缓高达42%。模拟的最坏情况甚至表明，它可能在21世纪中叶或2025年后的任意时间崩溃，可能在2300年前就会完全停止流动。
迪特莱夫森表示，36个地球系统模型在一系列气候情景下的预测分析表明，不受控制的全球变暖可能会导致“大西洋经向翻转环流”完全停止流动，或将产生一系列连锁反应，包括推高海平面、改变全球气候、使海洋生物缺乏营养来源等。这将是一场气候灾难，其规模类似于陆地上的冰原完全融化。
不过，这一结论与政府间气候变化专门委员会的最新报告相矛盾。该组织最近一次的评估认为，“大西洋经向翻转环流”不太可能在21世纪完全崩溃。一些科学家表示，“大西洋经向翻转环流”崩溃的临界点是不确定的，截至目前，对洋流的测量几乎没有显示出这种趋势或变化。
德国波茨坦气候影响研究所的气候科学家史蒂芬·拉姆斯托夫评论道，虽然存在科学分歧，但多项研究都得出相似的结论，即虽然“大西洋经向翻转环流” 何时崩溃存在很大的不确定性，但一旦发生将开启地球新的小冰期时代，对人类造成不可逆的影响。例如，若北大西洋冬季的平均表面温度在10年内降低 2°C 至3°C，欧洲每年的风暴将增加，冬季平均气温将随着北大西洋降温而下降；美国的波士顿和纽约等城市海平面升高，美国东海岸沿线将出现更猛烈的风暴和飓风；生活在印度、南美和西非的数十亿人赖以为生的降雨将会中断，不仅农业可能崩溃，而且土地可能向干旱荒漠化转变；亚马孙雨林将面临更大的危险，南极冰盖的融化会加快。
著名的科幻灾难片《后天》讲述的就是这样一个故事：由于全球变暖，“大西洋经向翻转环流”突然崩溃，邻近北大西洋中高纬度的欧洲和北美地区被冰河包围。虽然电影情节有很多夸大的成分，但是，在地质历史时期，“大西洋经向翻转环流”的崩溃确实曾导致《后天》中所描绘的环境巨变。那是在约1.2万年前，地球正处于暖期，“大西洋经向翻转环流”突然减弱，大洋环流传输带关闭，全球变暖中断造成气温陡降，期间全球平均气温整体下降了约6°C。这次全球性的极端寒冷事件持续了约1200年，被后人称为“新仙女木”事件——原本只能在极地生长的仙女木花，在突然变冷的欧洲大陆上竞相开放，说明在该时段欧洲也曾经像北极一样寒冷。
研究发现，“大西洋经向翻转环流”并不是唯一受到气候危机破坏的系统。2022年发表在《自然》杂志上的研究发现，著名的“东澳大利亚洋流”的温度上升影响了沿海地区的气温，出现了极端温暖的时期，正在改变着那里的气候和物种的栖息地。
不久前发表在《自然》杂志上的一项研究发现，近几十年来，“南极绕极流”的速度在加快。它是自西向东横贯太平洋、大西洋和印度洋的全球性环流，也是世界上唯一一个和地球上所有其他洋流都有关联的最强大、最重要的洋流。在过去40年里，南极海洋上空的风力增强了40%。因此，南极大陆架的移动速度加快，沿岸环流相互作用形成的旋涡将温暖的海水带向南极冰架，加剧了对冰川的侵蚀。
