#科研进展# 【AOSL: 来自海洋的讯号:应对气候变化需要数代人的努力】

  气候变化是当前人类面临的一个全球性挑战,如何全面而有效的适应和减缓气候变化是核心问题。近日,来自美国、中国和法国的联合研究团队在Atmospheric and Oceanic Science Letters上发表一篇题为“The ocean response to climate change guides both adaptation and mitigation efforts”的综述性论文,从海洋变化的角度,论述了海洋在气候变化中的关键作用,并讨论了气候变化应对所需要的措施。

  海洋,占全球地表面积的70%、总面积达到36100万平方公里、平均深度达3800米;海水的平均密度为每平方米1025千克(是大气密度的1000倍)、比热容为每千克每摄氏度4200焦耳(4倍于空气)。这些物理和热力学特性决定了海洋是全球气候的主要控制因素。同时,海洋也是地球上大部分生命的生存繁衍之地,人类及社会经济活动广泛依赖于海洋,海洋环境的系统性变化会给人类及生态系统造成系统性风险(图1)。

从能量循环的角度来看,海洋很大程度上塑造了气候系统对温室气体的响应过程。

  大气中温室气体不断增加,会吸收地表向外释放的长波辐射,从而减少整个地球向外释放的能量,触发地球系统能量不平衡。如果没有海洋,由于大气和陆地比热容较低,它们将快速(数年之内)响应地球系统能量的增加,使得大气和陆地升温,升温导致地球向外释放的辐射能量增加,进而使地球系统能量收支重新达到平衡,气候系统稳定在一个新的平均状态(图2)。

  然而,在真实世界,由于海洋的存在,地球系统对大气温室气体增加的调整过程被“放缓”:海洋通过海流和湍流混合过程,不断将地球系统多余的热量带到深海,从而“冷却”地表,使得地表温度上升不至于那么剧烈。这就是海洋的“热惯性”。这种情况下,相对较低的地表温度上升幅度所增加的地球系统能量释放,不足以抵消温室气体固定在地球系统中的能量,这导致地球系统处于能量收支不平衡的状态(图2)。当然,这个过程中各个圈层都有很多反馈过程参与,包括大气水循环的反馈、云反馈、和冰等有关的反照率反馈等等。这些因素共同导致目前地球系统的能量收支不平衡量值约为0.5-1 Wm-2:地球系统依然在被持续加热,这其中90%的热量都储存在海洋中。

未来,如果全球能够在本世纪中叶实现“碳中和”,即温室气体“净零排放”,地表温度上升趋势将被遏制,即可以实现《巴黎协定》的2度控温目标。然而,由于大气中的温室气体浓度依然处于高位,地球系统依然处于能量不平衡状态。这里特别需要指出的是,大气中温室气体的浓度(而非温室气体排放量),决定了大气吸收长波辐射的多少(即辐射强迫的量)。因此,只有当地球系统能量收支重新达到平衡之后,气候变化才会真正结束。此时的气候变化进程主要取决于两个相互角力的过程:一为海洋和陆地生态系统“清除”大气中CO2等温室气体的强度和速度;二为海洋热量向深海输送的强度和速度。前者会降低大气温室气体浓度,减少地球系统的净能量不平衡的量;后者将多余的能量储存在深海。由于深海缓变特性,例如北太平洋深层水需要约一千年的时间才能循环到海表,因而从“碳中和”到地球系统能量收支重新达到平衡的过程将持续数百年、甚至上千年之久。

  由此可见,由于海洋的特性,气候变化至少在数百年尺度具有不可逆转性,这为人类和生态系统应对海洋变化提出一系列挑战,意味着人类需要数代人的努力去应对持续变化的气候。因而,从海洋变化的角度,人类需要进行多时间尺度的规划和统筹。

  在近期(从现在到约2030年前后),全面落实联合国可持续发展目标(SDGs)至关重要,海洋的变化和几乎所有的SDG息息相关(图3),全面部署和实现SDG目标将为人类和地球生命的福祉提供一个良好的决策框架和行动路线。近期,也需要努力建立一个可以监测全球海洋“健康状况”的海洋观测系统,包括主要的物理(温度、盐度、海气通量、海流等)和生物地球化学变量(溶解氧、酸度、碳通量、海洋生物量、营养盐等)。目前,几乎所有海洋要素都没有真正覆盖全球海洋的观测系统。由于几乎任何一个国家都无法独立建成覆盖全球海洋的观测系统,国际合作及科学技术创新是必经之路。

在中期(大约2050–2060年前后),全球需要逐步减排并实现碳中和目标。IPCC多份报告均指出:实现净零排放将使得地表温度维持稳定,极大地减少气候风险。同时, 适应和减缓气候变化的行动和措施必须同步施行:既要进行减排努力、也要积极应对即将发生的气候变化。此外,全球海洋观测系统需要得以维持和完善,以持续监测海洋变化。

  在远期(在2060年之后),包括深海变暖、海平面上升在内的海洋变化都将持续,冰川和冰盖的变化预计也将持续,因而依然需要持续应对这些变化,所以气候适应和减缓行动至少需要持续数百年—数代人之久。在该时间尺度,应对一类特殊的事件:“低概率, 高影响”事件将变得尤为重要(即发生的可能性较低,但一旦发生影响极大的事件)。此类事件包括大西洋经圈反转环流的突然减弱甚至关闭、海洋生态系统跨过临界点、难以挽回的冰盖崩解和质量损失等。这些事件一旦发生将带来难以估量的损失,所以应充分纳入长期规划。

  本论文作者包括美国圣-托马斯大学John Abraham、中科院大气物理研究所成里京、美国宾州州立大学Michael E. Mann、美国大气研究中心Kevin Trenberth、法国麦卡托海洋研究所Karina von Schuckmann。

Citation:

  John Abraham, Lijing Cheng, Michael E. Mann, Kevin Trenberth, Karina von Schuckmann, 2022. The ocean response to climate change guides both adaptation and mitigation efforts, Atmospheric and Oceanic Science Letters, https://t.cn/A6X4BcCD

#【气象百科】# 揭秘!大数据剖析冰雹出没规律 哪里冰雹砸伤人概率最大?

中国天气网讯 眼下,我国已经进入冰雹的高发期,最近几天,青海、浙江、福建、广东、山东等地陆续出现冰雹,一些地方冰雹如鸡蛋般大小,部分地区还出现了砸裂汽车玻璃、砸伤果木的情况。那么这个来去匆匆又极具破坏力的家伙,有没有什么规律可循呢?中国天气网专门研究了1981年至2010年的数据,为大家深度剖析“神秘任性”的冰雹。

冰雹偏爱神秘局地 局地都在哪里?

如果将天气比喻成战争,强对流打的就是“游击战”,作为强对流家族的重要成员,冰雹“来去匆匆”的特点尤为明显。往往,一次冰雹过程持续时间仅为2分钟至10分钟左右,影响范围多为几十米至几千米左右,冰雹持续时间短、“局地性”也特强。

不过,中国天气网研究了1981年至2010年这30年间的气象数据发现,“神出鬼没”的冰雹还是有一些规律可循,比如高原、山地为冰雹最常出没的地方,而且地形越复杂,冰雹越易发生。

气象数据显示,我国出现冰雹概率最高的地区在青藏高原,青海南部、西藏北部、川西高原部分地区等地年均日数超过10天,最高可达15-30天;云贵高原、华北中北部等地年均日数也有3-5天;东部平原地区相对较低,大部地区的年均日数低于1天。

省会级城市中,拉萨、呼和浩特、贵阳、西宁、哈尔滨、长春、北京等地比较容易遭冰雹袭击,最高的拉萨年均冰雹日数达到3.8天,呼和浩特、贵阳、西宁也都超过2天,哈尔滨、北京分别以年均日数1.7天、1.4天紧随其后,位列第5位至6位;而成都、合肥、重庆、上海等地年均降雹日数低于0.1天,这就意味着这些城市平均十年才可能会出现1次冰雹,概率极低。

冰雹“来去匆匆” 偏爱春夏“出没”

我国幅员辽阔,全年12个月皆有可能出现冰雹,总体来说具有明显的季节差异,春夏为高发期,冬季极少发生。

由于冰雹形成的条件较为复杂,它在不同地区的高发时间也不尽相同。1月至2月,冰雹高发区域主要集中在云贵高原和江南西部;3月开始降雹区域扩大,江南大部、华南、西南都进入冰雹高发期;4月,冰雹高发区域北扩至长江流域、淮河流域,华北、东北的部分地区也会初现冰雹;5月至9月,北方大部和西南地区成为降雹的主要阵地;到了10月,东北、华北一带的降雹区域明显缩减,虽然青藏高原地区大部仍会有冰雹出现,不过降雹频率也是明显降低。

从全国省会级城市的平均情况来看,5-9月为我国主要的降雹时段,占比超过70%,尤以5-6月为高峰期,占比超过35%;而11月至次年1月,各地极少降雹。

此外,一天之中,我国各地的降雹时段一般集中在午后到傍晚,约70%出现在下午13-19时,其中14-16时最多。

冰如“滚雪球” 时间越长“体积”越大

对于冰雹大小的形容,曾有诗人这样描绘——“京师连雨雹,小者如弹,大者如拳。”我们常见的冰雹也是有的大如鸡蛋,有的小如黄豆。那么,为什么冰雹个头有大小差异呢?

中国天气网首席气象分析师胡啸表示,冰雹来自积雨云,积雨云0℃以下区域是水滴,以上是过冷水滴、冰晶和雪花。当云中的雨滴遇到猛烈上升的气流,被带到0℃层以上的高空时,和过冷水滴、冰晶迅速地冻结,成为雹核;雹核在积雨云中不断翻滚,似滚雪球一样越滚越大,时间越久,冰雹“体型”也越大。而当冰雹的重量超过上升气流所能托住的重量时,冰雹便下坠至地面。因此,上升气流越强大,冰雹在云中翻滚的时间也会越长,最后形成的冰雹“体积”就越大。

气象数据显示,我国出现的冰雹大多为直径2厘米以下,5厘米以上的冰雹较为罕见,一般直径2-5厘米的就算大冰雹了。相对来说,我国西藏和青海冰雹出现次数最多,但多为小冰雹;而在平原地区,虽然发生冰雹的概率比高原的地区低很多,但容易形成大冰雹。

揭秘!大数据剖析冰雹出没规律 哪里冰雹砸伤人概率最大?图为2020年5月6日福建南部出现的冰雹和5月7日青海班玛县出现的冰雹。

冰雹“杀伤力”大 三招教你躲避冰雹突袭

冰雹一旦砸下来,冲击力是不小的。一般来说,直径5厘米左右的冰雹就新闻常说的“鸡蛋大小的冰雹”,重量差不多30克左右。根据能量守恒定律,当它从1000米高空落到地面时,它的重力势能就转变为动能。这个能量有多大呢?相当于3公斤物体从10米左右高度下落,也就差不多等于从3层楼高地方丢个带土的花盆,砸向人或车……这只是一个冰雹,如果我们在户外遭遇冰雹,可能是若干个“花盆”从天而降。

需要注意的是,以上换算是未考虑空气阻力以及上升气流运动等因素的估算结果,冰雹在下降过程中,会不可避免地受到空气阻力等因素的影响,杀伤力可能有所衰减,但遭遇冰雹,我们依然不可掉以轻心。

从历史数据推断,在我国,平原地区5月至9月的午后到傍晚,冰雹砸伤人的概率最大。那么我们一旦在户外突遇冰雹,应该如何躲避呢?

1、迅速寻找遮挡物

突然遇到冰雹的袭击,一定要迅速进入室内或到坚固的遮挡物下躲避。如果附近没有合适的遮挡物,那么背着风蹲下,双手抱头,全力保护头部、胸与腹部不受到袭击。如果随身携带有包、文件夹,可以临时放在头顶,使危害减少到最低。

2、远离易碎品

躲避时要观察四周是否有容易掉落的危险物品,如果有的话应立即转移地方,以免被砸到。同时注意远离窗户等玻璃制品,因为冰雹可能会砸碎玻璃,从而对人造成身体损伤。

3、谨防触电

躲避时还要远离照明线路、高压电线和变压器,以防发生触电的严重后果。

胡啸提醒,眼下已经进入冰雹的高发期,公众要格外警惕冰雹天气,牢记各种自救措施,谨防被砸伤。(文/张慧 设计/任成英 数据支持/胡啸 邵鹏 审核/余晓芬 刘文静 冯玮 刘红欣)

#每日一善[超话]#
#阳光信用# #每日一善#

避高趋下,未尝有所逆,善地也;
空虚静默,深不可测,善渊也:
利泽万物,施而不求报,善仁也;
圆必旋,方必折,塞必止,决必流,善信也;
洗涤群秽,平准高下,善治也;
遇物赋形,而不留于一,善能也;
冬凝春冰,固溢不失节,善时也。
有善而不免于人非者,以其争也。
水唯不争,故兼七善而无尤。


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