「東電雲分享」凍土消融海洋變暖是否會加劇氣候變暖

東電雲

多年凍土是冰凍圈的重要組成部分,是指持續兩年或兩年以上的0℃以下含有冰的各種岩石和土壤。地球上凍土面積約占陸地面積的50%,其中多年凍土面積占陸地面積的25%。研究表明到21世紀末,即使采取強有力的減排行動,全球凍土面積將減小40%,如果不采取更多的努力將減小80%。多年凍土的上層是活動層,受氣候變暖影響,多年凍土暖化變軟,活動層的厚度相應增加,這也就意味著增加的活動層中的甲烷及二氧化碳等溫室氣體會釋放到大氣中,多年凍土成為巨大碳源。多年凍土活動層中溫室氣體的釋放將會加劇全球氣候變暖。但是,多年凍土的變化機理非常複雜,科學界目前對多年凍土活動層能夠釋放多少溫室氣體、釋放速率如何、區域差異如何等問題還存在很大爭議。

海洋占地球表面的71%,其中84%的海洋水深超過2000米。海洋是全球氣候變化的重要影響變量,海一陸一氣相互作用是氣候變化重要的內部驅動力,在全球尺度的熱量和水汽輸送及分配中起著重要作用,對全球氣候格局及其演變具有重要影響。例如,熱帶西太平洋有全球水溫最高的暖池,形成全球最強的對流和降雨,驅動沃克環流和哈德利環流,調控季風和厄爾尼諾兩大氣候現象。由於海水的高熱容以及海洋的巨大質量,海洋積累了自20世紀50年代以來與溫室氣體增加相關的90%以上的多餘熱量,這雖然在一定程度上減少了溫室氣體對大氣的加熱作用,但也意味著即使人為溫室氣體的排放減少為淨零(碳中和),由於海洋所具有的長期、巨大的熱慣性,將仍然對全球氣候產生重要影響。

為了預測未來氣候變化的趨勢和影響，科學家通常是利用氣候系統模式。地球系統是由不同的圈層構成，包括大氣圈、岩石圈、水圈、冰凍圈、生物圈，各圈層之間的相互影響是個複雜的過程。氣候系統隨時間變化的過程既要受到外強迫因子如火山爆發、太陽活動等的影響，還要受到人為強迫如人類活動排放的溫室氣體和土地利用變化的影響。氣候系統模式就是對上述氣候系統的動量、質量和能量的物理和動力學過程的一種數學表達方式，從而使得人們可以借助巨型計算機對涉及的複雜演變過程進行定量的、長時間的、大數據量的運算，了解氣候系統的演變過程、模擬外強迫變化和人類活動的影響以及預測未來氣候變化趨勢。為了預估全球和區域氣候變化，還需要假設未來溫室氣體和硫酸鹽氣溶膠等排放的情況，也就是所謂的排放情景。排放情景通常是根據一系列因子(包括人口增長、經濟發展、技術進步、環境條件、全球化、公平原則等)假設得到的。近幾十年來，全球氣候系統模式由簡單逐漸發展到複雜，並逐漸包括氣溶膠、碳循環、大氣化學等地球生物化學循環過程以及陸冰，形成了地球系統模式。現在對於未來的氣候變化的預估，經常基於同一個模式不同試驗，和不同模式不同試驗的集合/集成進行。