在2019年第3期《大氣科學進展》（AAS）封面中，一隻尾巴標有二氧化碳化學式的長生鳥，面向海洋，它目睹了人類活動所排放的溫室氣體引起的全球變暖的過程。射向海洋的火球和波光粼粼的紅色表層海洋則表示不斷增加的溫室氣體和地球系統不斷累積的能量，這些能量將加熱海洋、融化冰雪。
《大氣科學進展》（AAS）2019年第3期封面
另外，這只神鳥不但博古通今，它還可預知未來，寓意着目前人類構建的氣候模型在未來氣候變化預估的能力是樂觀的，是具有一定可信度的。
圖（上）1958-2018年全球年均上層2000米海洋熱含量變化。
（下）2018年全球海洋熱含量異常值空間分佈，該異常值是指相對於1981-2010年平均狀態的變化。
由中國科學院大氣物理所研製、同時聯合美國聖-托馬斯大學、美國國家大氣研究中心、中國科學院海洋研究所、中國科學院海洋大科學研究中心、自然資源部國家海洋環境預報中心、河海大學和自然資源部國土空間規劃局等單位共同發佈的2018年海洋熱含量數據顯示2018年海洋升溫又創新高：成為有現代海洋觀測記錄以來海洋最暖的一年(Cheng et al., 2019)。該結果於2019年1月份公佈並發表在AAS 2019年第3期的新聞與觀點欄目，題為2018 Continues Record Global Ocean Warming.
01
2018年是有記錄以來海洋最熱的一年
2018年整年的全球海洋熱含量非常驚人！2018年全球上層2000米海洋熱含量比去年我們在AAS公佈的歷史第二高2017年(Cheng et al., 2018)高出0.91×10^22焦耳——相當於中國2017年全年發電量的約388倍，廣島原子彈爆炸釋放出能量的1億倍，比1981-2010年的平均狀態高了19.67 ×10^22焦耳。全球海洋熱量升高的主要原因是海水溫度上升，新的數據表明：上層2000米海水過去60年大約平均變暖了0.13℃，表層比深海變暖更劇烈。
02
2018年全球海洋熱含量分佈
熱量分佈在整個海洋中，其中大部分的海域熱量都有所增加。南大洋（30°S以南）和太平洋的增暖比大西洋和印度洋更為顯著。相對於1981-2010年間的平均態，南大洋和太平洋（30°S以北）的熱量分別增加了6.91 ×10^22焦耳和5.97 ×10^22焦耳，而大西洋（30°S以北）和印度洋（30°S以北）的熱量分別增加了4.95×10^22焦耳和1.84×10^22焦耳。由熱量增長量的空間分佈也可以清晰的看到一些氣候系統內部變率。比如說，2018年赤道太平洋從年初的拉尼娜狀態轉變為弱厄爾尼諾狀態，熱量被儲存在10°S至5°N的赤道區域，副熱帶北太平洋（5°N至15°N）出現海洋熱含量負異常。印度洋從上世紀90年代開始出現快速的增暖，這與人類活動和太平洋年代際振盪有關。
03
氣候模型預估氣候變化的能力是樂觀的
耦合模式比較計畫5（CMIP5）模型集合平均可以非常好的模擬歷史海洋變暖：1971-2010年間，CMIP5模擬的海洋上層2000米變暖為0.39 W m^-2，與最新的觀測幾乎一致。模型對過去情況的優秀的模擬效果極大提升了其對未來預估的可信程度。根據CMIP5模型預估，在RCP8.5情景下（假設未來不採取任何減排的氣候政策），2081-2100年間，整個上層2000米海洋將平均變暖0.78℃（相對於1991-2005的氣候狀態）。在RCP2.6情景下（假設未來氣候政策可以接近或達到《巴黎協定》目標），2081-2100年間海洋上層2000米將平均變暖0.4℃。如果利用全球海洋熱含量的數據來回看1998年以來的變化，可以發現，海洋熱含量序列里沒有變暖停滯期。
04
不斷創記錄的海溫給我們的生活帶來什麼？
更暖的海洋會造成海冰融化和加速冰架斷裂；且海水溫度升高的熱膨脹效應貢獻了目前海平面變化的三分之一，不斷變暖的海洋將持續推升全球海平面，給沿海、低窪和小島嶼地區帶來越來越多的氣候風險；海洋是台風、颶風等極端天氣的能量來源，IPCC第五次評估報告表明，未來台風會更強、降水會更多。2018年發生的台風「山竹」、颶風「萊恩」等是近些年最強或降水最多的台風之一，給登陸地造成了極大的經濟和社會損失；由於海洋變暖和酸化，以大堡礁為代表的海洋珊瑚礁系統已經經歷了連續三年大規模白化事件，根據剛剛發佈的IPCC 1.5℃ 特別報告，如果全球變暖持續，本世紀末99%以上的珊瑚礁系統將白化消亡。珊瑚礁雖然只占了全球海洋面積的0.1%，但卻是25%的海洋生物賴以生存的環境，是海洋中的「熱帶雨林」；更熱的海洋會持續降低海水中的溶解氧含量，影響海洋生態系統，進一步影響人類利用海洋漁業資源。
05
全球海洋熱含量數據
AAS
目前IAP公佈的海洋熱含量數據所用到的計算方法是被認可的全球最先進的海洋熱含量計算方法。在新的時代背景下，數據開放和共享是國際潮流，國際各大機構都在推動形成地球科學數據共享新模式，其中也包括中科院系統。AAS也緊跟國際潮流，接收來自全球各地的數據描述類型文章，請問您的數據是共享的嗎？您所看到的有關海洋熱含量數據，還有哪些工作可以做呢？
我們的數據都是開放的，數據可在http://159.226.119.60/cheng/ 自由下載。另外，Argo數據是全球共享的數據，網址：http://www.argo.ucsd.edu，http://argo.jcommops.org。AAS和Science文章中所使用的數據是基於海洋上層2000米熱含量數據, 海洋還有很多觀測空白區以及一些Argo儀器暫時無法觀測的海區。比如2000米以下的深海，建立2000m以下的深海海洋觀測系統對完整的追蹤海洋熱量變化極為重要。此外還有邊緣海、極地和近海區域，目前Argo網也無法進行有效觀測，需要多源觀測或更先進的Argo儀器進行彌補。最後，修復的歷史數據也非常重要，如以前手寫的、未被電子化的海洋溫度觀測。雖然歷史數據具有可靠性問題，而且很難與標準化的現代觀測相比較，但是，有數據已經是彌足可貴了！而且現在已有很多方法可以減少數據誤差所帶來的問題。
2017年成里京在地中海投放XBT測量場景：
XBT是過去海洋最主要的測溫儀器之一
本文作者簡介
成里京， 博士，中國科學院大氣物理研究所
朱江，研究員，中國科學院大氣物理研究所
John ABRAHAM, Professor, University of St. Thomas,
Kevin E. TRENBERTH, Doctor, National Center for Atmospheric Research
John T. FASULLO, Doctor, National Center for Atmospheric Research
張斌，博士，中國科學院海洋研究所，中國科學院海洋大科學研究中心
於福江，研究員， 國家海洋環境預報中心
萬莉穎， 博士，國家海洋環境預報中心
陳幸榮， 博士， 國家海洋環境預報中心
宋翔洲，博士，自然資源部國土空間規劃局
歡迎免費下載原文：
References：
1.Cheng, L. J., and Coauthors. 2017: Improved estimates of ocean heat content from 1960 to 2015. Science Advances. 3, e1601545c.
2.Cheng, L. J., and J. Zhu, 2018: 2017 was the warmest year on record for the global ocean. Adv. Atmos. Sci., 35(3), 261–263, https://doi.org/10.1007/s00376-018-8011-z.
3.Cheng, L. J., J. Abraham, Z. Hausfather, and K. E. Trenberth, 2019: How fast are the oceans warming? Science, 363 (6423), 128-129. doi: 10.1126/science.aav7619.
4.Cheng, L. J., and Coauthors, 2019: 2018 continues record global ocean warming. Adv. Atmos. Sci., 36(3), 249-252, https://doi.org/10.1007/s00376-019-8276-x.
5.Domingues, C. M., and Coauthors. 2008, Improved estimates of upper-ocean warming and multi-decadal sea-level rise. Nature, 453, 1090–1093.
6.Ishii, M., and Coauthors, 2017: Accuracy of the global estimated heat content in the upper ocean expected from the current observational data sets. Sci. Lett online. Atmos. 13, 163-167.
7.IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., et al., (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp, doi:10.1017/CBO9781107415324.
8.Resplandy, L., and Coauthors, 2018: Quantification of ocean heat uptake from changes in atmospheric O2 and CO2 composition. Nature, 563, 105-108, doi:10.1038/s41586-018-0651-8.
9.「科學有溫度」公眾號，魏科，《Science最新發佈：海洋增暖加速！》
10.「IAP行雲流水」公眾號，成里京，《探尋全球變化「消失的熱量」之謎》。
11.「大氣和海洋科學快報」公眾號，AOSL，大氣所那個「搗鼓」海洋的年輕人——成里京。
12.
（本文圖除數據圖和封面外，其餘圖片來源於網絡，侵刪）
特別感謝成里京博士對本文的修改指正！
【來源：中科院大氣物理研究所】
來源：cnBeta
