如果二氧化碳濃度增加一倍，到21世紀(jì)末，全球平均地表溫度將升高多少攝氏度？近日，海南熱帶海洋學(xué)院教授、上海交通大學(xué)海南研究院客座教授馬建等人在施普林格·自然集團(tuán)期刊《npj氣候與大氣科學(xué)》連續(xù)發(fā)表兩篇論文，就海表增暖型、云輻射反饋這兩個(gè)與全球氣候變化密切相關(guān)的問(wèn)題提出了新理論范式。根據(jù)新范式測(cè)算，本世紀(jì)末全球平均地表溫度將升高3—5℃。這個(gè)預(yù)測(cè)的不確定性較原有理論測(cè)算降低33%。

“升高3—5℃，對(duì)人類來(lái)說(shuō)是個(gè)非常嚴(yán)峻的消息，意味著熱浪、寒潮、臺(tái)風(fēng)、洪水、干旱等極端天氣會(huì)越來(lái)越多?！瘪R建教授說(shuō)，“我們?cè)谥卫須夂騿?wèn)題上可利用的時(shí)間已經(jīng)不多了，但令人憂心的是，美國(guó)政府的一系列做法對(duì)全球氣候治理造成很大影響?！边@些做法包括：退出《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》和政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）；撤銷美國(guó)環(huán)境保護(hù)署在2009年作出的“溫室氣體危害認(rèn)定”；宣布將解散美國(guó)國(guó)家大氣研究中心、拆分美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局。

美國(guó)國(guó)家大氣研究中心梅薩實(shí)驗(yàn)室，建筑由貝聿銘設(shè)計(jì)。

馬建解釋，在全球氣候變暖趨勢(shì)中，海洋表面升溫并非均一，而是在各個(gè)區(qū)域具有冷暖不同的形態(tài)，這種現(xiàn)象在學(xué)術(shù)界被稱為“海表增暖型”。它會(huì)引起氣候系統(tǒng)響應(yīng)，包括大氣環(huán)流、水汽、云、能量輸運(yùn)、臺(tái)風(fēng)活動(dòng)以及輻射反饋等。在21世紀(jì)氣候預(yù)估中，海表增暖型有很大的不確定性，海表增暖型的形成機(jī)制和云輻射反饋的涌現(xiàn)約束是重要的前沿研究領(lǐng)域。

今年1月發(fā)表在《npj氣候與大氣科學(xué)》的論文《單半球海氣相互作用塑造南太平洋表面增暖和風(fēng)場(chǎng)變化》報(bào)道了一項(xiàng)研究3年的成果，它顛覆了國(guó)際學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可的跨赤道反饋的主導(dǎo)地位，提出新的單半球海氣相互作用，來(lái)解釋南太平洋海表增暖型和風(fēng)速變化的形成機(jī)制。

在夏威夷大學(xué)攻讀博士學(xué)位時(shí)，馬建與他的導(dǎo)師、國(guó)際頂尖氣候與物理海洋學(xué)家謝尚平教授一起發(fā)現(xiàn)了副熱帶南太平洋的相對(duì)冷卻現(xiàn)象。這種現(xiàn)象背后的主導(dǎo)機(jī)制是什么？他們建議將“跨赤道風(fēng)—蒸發(fā)—海溫反饋”作為重點(diǎn)方向加以研究。此后，國(guó)際上有諸多研究工作采納了這個(gè)建議，已證明蒸發(fā)冷卻是引起海表增暖型的一個(gè)重要過(guò)程。

然而，在上海交大工作期間，馬建與合作者發(fā)現(xiàn)起主導(dǎo)作用的并不是跨赤道反饋。他們從南北半球海溫和風(fēng)速的解耦現(xiàn)象出發(fā)，利用南太平洋海盆外的格林函數(shù)實(shí)驗(yàn)，顛覆了“跨赤道風(fēng)—蒸發(fā)—海溫反饋”機(jī)制在這個(gè)區(qū)域起主導(dǎo)作用的理論假說(shuō)。他們提出的新機(jī)制名為“單半球傾斜風(fēng)—蒸發(fā)—海溫反饋”。以均勻增暖和直接輻射效應(yīng)為激發(fā)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)南太平洋副熱帶高壓向南遷移與增強(qiáng)，引起風(fēng)速增強(qiáng)從而初步冷卻海表。這個(gè)冷卻信號(hào)向赤道方向傳播，在傳播過(guò)程中，源自海表的大氣冷卻在中上層受到絕熱加熱的阻擋。于是，中高空冷信號(hào)引起的海平面氣壓升高，與海表冷信號(hào)出現(xiàn)了約90度的南向相位差，從而形成“冷而又冷”的海氣正反饋。

單半球傾斜風(fēng)—蒸發(fā)—海溫反饋機(jī)制示意圖

在構(gòu)建氣候變化動(dòng)力學(xué)新理論的基礎(chǔ)上，馬建與合作者瞄準(zhǔn)氣候變化領(lǐng)域最前沿的科學(xué)問(wèn)題——全球云反饋的根本特性和涌現(xiàn)約束，提出了“比例暖者更高”的新理論范式。這項(xiàng)耗時(shí)6年的研究成果，今年2月發(fā)表在《npj氣候與大氣科學(xué)》上。

據(jù)介紹，云對(duì)地球輻射平衡有顯著影響，并隨著地表變暖而發(fā)生復(fù)雜的變化。由此引發(fā)的云輻射反饋，是未來(lái)氣候預(yù)測(cè)中最大的不確定性來(lái)源。在21世紀(jì)氣候預(yù)估中，海表增暖型有很大的不確定性，對(duì)云輻射反饋的不確定性有至關(guān)重要的影響。這篇論文揭示：海表增暖型驅(qū)動(dòng)了熱帶云量的百分比變化，從而導(dǎo)致云高變化?；谶@一發(fā)現(xiàn)，論文提出了“比例暖者更高”范式，并構(gòu)建了基于空間型的百分比分析框架，識(shí)別出主導(dǎo)云反饋的關(guān)鍵因子。

約束后的海表增暖型（B）和云輻射反饋：（A）水平分布與（C）全球平均值

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)針對(duì)模式預(yù)估的21世紀(jì)云反饋的涌現(xiàn)約束方案，開發(fā)了不確定性歸因程序和面向過(guò)程的兩段式機(jī)制。得到的全球云反饋為0.49±0.27W m?2K?1，將模式間不確定性降低了59%。繼而，根據(jù)地表增溫與云反饋的強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，利用約束后的反饋值，將氣候敏感度的不確定性降低了33%。

這項(xiàng)研究最終預(yù)測(cè)，二氧化碳濃度加倍后，全球平均地表溫度達(dá)到平衡時(shí)的暖化值為4.08±0.97℃。

• 信息來(lái)源:上觀新聞 作者：解放日?qǐng)?bào) 俞陶然。

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