成里京出海科考。圖源：中國科學(xué)院大氣物理研究所官網(wǎng)

撰文｜邸利會

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12年前，成里京大三，第一次見到海。

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略顯渾濁的北方的海，放眼望去，真的是大；俯身嘗下，也只有咸。本科學(xué)數(shù)學(xué)的他想不到，這輩子還能和海有什么瓜葛。

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可人生就是這樣，充滿著機(jī)緣。院里老師與中科院大氣物理研究所的一個合作項(xiàng)目，將他帶進(jìn)了海洋和氣候研究的大門。

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“當(dāng)時做一點(diǎn)簡單的數(shù)據(jù)分析，就覺得這個領(lǐng)域還挺有意思，后來保研就到了大氣所，還是接著做數(shù)據(jù)，這個時候一個比較重要的事就是看全球變化背景下海洋的變化，后續(xù)的研究就是這么開始的?！?成里京告訴《知識分子》。

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十幾年的摸爬滾打，如今他已是全職的科研人員。今天，當(dāng)和他再聊起海，除了一樣的大和咸，他還會十分肯定地告訴你，海正在變暖。

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這正是成里京和合作者們十幾年辛勞得到的結(jié)論——在過去的60年，0-2000米深的海洋平均溫度上升了0.13°C。

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乍一聽，似乎沒啥大不了。然而，考慮到海是如此巨大（約占地球表面積的七成，體積約13.5億立方公里），比熱又高，0.13°C升溫所蓄積的熱量，其實(shí)已經(jīng)足夠 “駭人聽聞” ——這些熱量相當(dāng)于每秒引爆4顆廣島原子彈，持續(xù)引爆60年。

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更讓人憂慮的是，變暖還在加速。

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成里京說，從過去的80年看，每個10年都比上個10年更暖。最近的數(shù)據(jù)是，2020年海洋上層2000米比前一年多吸收的能量，足以同時燒開13億個1.5升的熱水壺。

給海洋測溫

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那么，這 “小數(shù)點(diǎn)后兩位” 的變化，究竟是怎么得出的呢？

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第一步當(dāng)然是測量。

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就在此時此刻，約4000只 “探海神器” 正在海洋中 “隨波逐流”，為海洋測溫。這種名為Argo的機(jī)器人，長約1.5米、重約45千克，投海后，可下潛至2000米，然后再慢慢上升，逐層收集溫度、鹽度等數(shù)據(jù)，等浮出水面就自動把位置等數(shù)據(jù)發(fā)到衛(wèi)星，再傳輸給世界各地的數(shù)據(jù)中心。

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Argo浮標(biāo)可在浩瀚的海中工作4-5年，直到電量耗盡，一般能采集100-200條剖面數(shù)據(jù)。這種無需日常維護(hù)，長期、自動、實(shí)時、連續(xù)，獲取大范圍、深層海洋資料的方式可以說是一場革命。

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Argo計(jì)劃從2000年開始實(shí)施后，美國、澳大利亞、法國、英國、德國、日本、韓國、印度、中國等幾十個國家參與布放，2005年后形成了對開闊大洋的完整覆蓋——平均每個月在每一個300乘300公里的格子里就有一個觀測。

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當(dāng)然，除了Argo，人們還使用其它一些儀器，如大型的要用科考船上的吊臂才能工作的溫鹽深探儀，有水下滑翔機(jī)，甚至還有裝在海獅等動物身上的儀器。

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雖然主要是做數(shù)據(jù)分析，成里京也過幾次出海的經(jīng)歷。

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2017年，他隨著意大利國家新技術(shù)中心進(jìn)行了一次地中海海洋科考。在兩天一夜的航程中，每隔半小時或1小時就要向海中投放拋棄式測溫儀XBT，測量從海面到水下700米深的海水溫度，每次測量能持續(xù)1－2分鐘，用完后就拋棄掉了。

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今天在全球海底躺著的XBT估計(jì)要以百萬計(jì)。

龐大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)

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不過，成里京的那次出海，也不是為了單純 “體驗(yàn)生活”。

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原來，XBT測出來的溫度總是有偏差，他們想弄明白究竟是怎么回事。采取的辦法是設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)，投放一個比較準(zhǔn)的儀器下去，和XBT對比，當(dāng)這樣的對比達(dá)到一定量，就能進(jìn)行分析，看偏差是什么因素引起的。

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糾正XBT的溫度偏差很重要，因?yàn)樵?000年之前，海洋溫度很多是XBT的數(shù)據(jù)。如果無法訂正偏差，海洋升溫的可靠結(jié)論也就無從談起。

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其實(shí)，從上世紀(jì)70年代，XBT引起的偏差就已為人所知。漸漸地，科學(xué)家們知道，一方面是深度出錯，XBT本身沒有壓力感受器，為此研究人員發(fā)明了一個經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的下降速率公式，花功夫去算準(zhǔn)里面的參數(shù)；另一方面是純粹的溫度偏差，XBT用到的熱敏電阻敏感度是±0.01°C，可XBT記錄系統(tǒng)的總體精度是±0.2°C，不管是實(shí)驗(yàn)室還是海洋中的測試實(shí)驗(yàn)都表明，XBT測出的溫度要比實(shí)際高。此外，人們還發(fā)現(xiàn)，不管是深度的錯誤，還是純粹的溫度偏差，在不同的海溫情況下不一樣，各個時間段也不一樣。

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數(shù)據(jù)的復(fù)雜性還不止于此。

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要關(guān)注全球或各海盆的變化，僅靠這些原始的觀測是不夠的，需要將它們處理成全球覆蓋的產(chǎn)品。除了測量儀器帶來的偏差，在2005年Argo實(shí)現(xiàn)較完整的全球大洋上層2000米覆蓋之前，由于數(shù)據(jù)覆蓋不足和不均勻，還帶來了空間采樣的誤差。

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過去的十幾年，成里京做了不少工作，從 “故紙堆” 中尋找數(shù)據(jù)和技術(shù)中偏差的線索，提出了XBT系統(tǒng)性偏差的糾正方案，以及新的空間插值技術(shù)，并據(jù)此重新估計(jì)了1960年代以來海洋溫度的變化。

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“我從2008年就開始做這個事情，數(shù)據(jù)量非常大。比如說從海表到水下700米，每10米一個觀測，這一組數(shù)據(jù)是一條廓線。現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫里面大概有上千萬溫度的廓線，上千萬鹽度的廓線，所以你可以想象，我們要利用這么大的數(shù)據(jù)量，解決這些問題，花了特別多的時間。大概十年，到2017年我們才第一次提出了全球海洋變暖的一條時間序列。全球海洋下至2千米的溫度變化到底是多少，過去幾十年怎樣變化的，我們才搞定，所以是非常不容易的，現(xiàn)在仍然也在做這個事情，因?yàn)檫€有其他的問題存在?！?成里京告訴《知識分子》。

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這的確需要十足的耐心，尤其在國內(nèi)，這種基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)分析工作并不 “時髦”，往往耗時很長，并不是那種 “挑一塊薄木板，鑿很多孔” 的工作。

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“我博士階段沒什么壓力，五年時間里三年都沒有任何論文發(fā)表。但是，如果你一旦是工作了以后，三年沒有產(chǎn)出，基本上是活不下去的?！?成里京說。

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不過，業(yè)內(nèi)都知道的一個現(xiàn)實(shí)是，此前中國在數(shù)據(jù)方面基本沒有什么國際話語權(quán)。

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一個直接的例子是，2013年第5次IPCC（政府間氣候變化專門委員會）評估報告給全世界決策者看的《決策者摘要——技術(shù)摘要》，列出了10個主要的氣候變化判斷指標(biāo)，50多個時間序列，沒有一個是來自中國的。

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而在過去的十幾年研究中，包括成里京在內(nèi)的研究者所利用的海洋數(shù)據(jù)，主要是來自美國的國家海洋數(shù)據(jù)中心（National Oceanographic Data Center）或其它國際數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)。

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“美國的數(shù)據(jù)管理機(jī)制比較完善，包括研究所等各個機(jī)構(gòu)出海觀測后的數(shù)據(jù)大部分都可以公開，最后都會匯集到國家數(shù)據(jù)中心，然后做數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化整編、處理、質(zhì)量控制、偏差訂正之后分享給所有人。他們從上個世紀(jì)80年代，到現(xiàn)在做了四五十年了，所以實(shí)力非常強(qiáng)。所有人都知道他們做的工作很重要，所以會給穩(wěn)定的長期的支持。對他們的評判的標(biāo)準(zhǔn)也并不是文章，而是一些服務(wù)性的東西?！?成里京說。

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相反，中國在數(shù)據(jù)共享、分析方面差距巨大。

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在2017年9月發(fā)表在《中國基礎(chǔ)科學(xué)》的文章中，幾位海洋研究領(lǐng)域的作者們指出——

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“迄今國際上廣泛使用的全球變化有關(guān)的全球海洋環(huán)境要素的觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品都是國外的產(chǎn)品，我國的貢獻(xiàn)幾近于無，與大國地位嚴(yán)重不符，也制約了我國科學(xué)家利用鮮活的第一手科學(xué)數(shù)據(jù)及時取得原創(chuàng)性科學(xué)成果?！?/strong>

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好在，這些年中國也意識到這個問題，在大力倡導(dǎo)和推動數(shù)據(jù)共享。

國際合作與話語權(quán)

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幸運(yùn)的是，在最新發(fā)布的《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》（SROCC）中，成里京等中國學(xué)者構(gòu)建的海洋數(shù)據(jù)集首次被用到了IPCC報告中。

而這一開端離不開長期的努力。

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成里京至今都清晰地記得，2017年6月29日，他正坐著公交從所里回家，當(dāng)收到IPCC邀請信時，那種難以抑制、無法言說的激動。

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這份歷時兩年的評估報告，共有全球36個國家的104位作者參與，引用了6000篇文獻(xiàn)，收到了3萬條修改意見。給決策者的摘要簡本，100多個國家的代表坐在一起逐行審議，誰有意見就舉手，爭執(zhí)不下就開小會，在5天的時間里每天都開會到深夜，最后兩天經(jīng)過50多個小時的連續(xù)工作后，才獲得通過。

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2019年，成里京參加IPCC海洋與冰凍圈特別報告撰寫，與作者們在一起，圖片由受訪者提供。

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這是一段難忘的經(jīng)歷。對于像成里京這樣在國內(nèi)學(xué)術(shù)環(huán)境中成長起來的學(xué)者，之前并不習(xí)慣和不同年齡、不同背景的人進(jìn)行學(xué)術(shù)爭論，國內(nèi)的學(xué)術(shù)爭論也相對較少。

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“基礎(chǔ)研究一定要放到全世界，放開和別人爭論，有爭論有質(zhì)疑，才能更好地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，我覺得這是我受到?jīng)_擊相當(dāng)大的一個地方。” 成里京說。

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這份已經(jīng)發(fā)布的特別報告，核心信息很明確：“海洋物理環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生了并將持續(xù)發(fā)生系統(tǒng)性的變化；海洋變化已經(jīng)對人類和生態(tài)系統(tǒng)造成了系統(tǒng)性的負(fù)面影響，人類需要適應(yīng)并減緩該影響?！?/p>

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具體到海洋升溫，呈現(xiàn)出的信息令人揪心：

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??自1970年以來，幾乎確定海洋上層2000米在持續(xù)增暖。

??1993-2017年間的增暖速率至少為1969—1993年的2倍，體現(xiàn)出顯著的變暖增強(qiáng)趨勢。

??在20世紀(jì)90年代以后，2000米以下的深海也已觀測到了變暖信號，尤其是在南大洋（30°S以南）。

??基于耦合氣候模型預(yù)估，幾乎可確定海洋將在21世紀(jì)持續(xù)增暖，2018—2100年間海洋熱含量上升幅度可能是1970—2017年間的5~7倍或2~4倍。

??變暖導(dǎo)致的熱膨脹效應(yīng)貢獻(xiàn)了1993年以來全球海平面上升的約 43%。

不確定的未來

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近百年來，人類生產(chǎn)活動消耗著化石燃料，釋放了大量的二氧化碳等溫室氣體。在過去的80萬年，大氣中二氧化碳的濃度在170-300ppm（1ppm為百萬分之一）之間波動。而在2020年，大氣二氧化碳的濃度已經(jīng)超過了415ppm。

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越來越多的溫室氣體，就像給地球蓋了一層棉被，使得地球氣候系統(tǒng)的能量逐漸增加。而在這些增加的能量中，93.4%儲存在了海洋中，其余的2%加熱陸地，2%加熱大氣，最后的2%融化冰川、冰蓋以及海冰。

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“如果我們把氣候變化比喻成大象，海洋就是大象的身子，而地表溫度的上升其實(shí)是大象的鼻子，比較靈活、變動也快，而’底盤’其實(shí)是在海洋這?！?成里京解釋說。

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如今，海洋升溫已是不爭的事實(shí)，熱量正逐步向深海蔓延，上層的海水越來越輕，海洋上下的密度分層更加劇烈，阻隔了氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)的交換；與此相伴的，海洋的鹽度也發(fā)生著變化，咸的地方更咸，淡的地方更淡；而海洋的酸化也在導(dǎo)致珊瑚礁的消失，物種的滅絕。

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過去的這些年，海洋升溫導(dǎo)致的危害也頻頻被報道。威尼斯在本世紀(jì)已經(jīng)發(fā)生了2次水淹；因?yàn)楹Ｑ鬅崂耍?017年大約1億尾太平洋冷水鱈魚消失，剛剛過去的2020年又發(fā)生了一次。溫度每升高一度，大氣中的水汽含量便增加7%，進(jìn)一步給臺風(fēng)和颶風(fēng)添加燃料。

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當(dāng)然，還有平均海平面的上升。

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從1993年到現(xiàn)在，海平面已經(jīng)增長了75毫米，其中的40%由海水變暖的受熱膨脹導(dǎo)致。由于海洋的升溫有滯后，本世紀(jì)海洋的變暖也將不可避免。如果《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，2100年海平面估計(jì)將上升0.43米，到2300年上升1米；但如果仍不加限制，2100年海平面將上升0.84米，2300年將上升到3.5米，超過一層樓的高度。而海平面上升導(dǎo)致的極端事件，包括咸潮、風(fēng)暴潮也將明顯增多。

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“我們在海洋和冰凍圈報告里提到，以前百年一遇的極端海平面事件，在2050年將變成每年一遇。這是一個非?？膳碌臄?shù)字，所以，我記得非常清楚?！?成里京說。

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吸收了大量熱量的海洋，也許會像一頭發(fā)燒的大象，變得狂暴而反復(fù)無常，沖擊城市，屠戮生靈。如果不加遏制，未來的海，也將不再是那個孕育了萬千生命的、生機(jī)勃勃的海。

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參考資料：

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3. Cheng L.*, K. E. Trenberth, J. T. Fasullo, T. Boyer, J. Abraham, J. Zhu, 2017: Improved estimates of ocean heat content from 1960 to 2015, Science Advances, 3, e1601545. http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.1601545

4. 張斌,王凡,成里京,王鑫,張冬生,趙苑,李學(xué)剛,陳昇,王秋璐.海洋環(huán)境變化關(guān)鍵參數(shù)觀測數(shù)據(jù)處理方法和產(chǎn)品研制[J].中國基礎(chǔ)科學(xué),2017,19(05):6-11.

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6. Barbeaux, S., and Coauthors, 2019: Chapter 2: Assessment of the Pacific cod stock in the Gulf of Alaska. GOA Pacific Cod, https://archive.fisheries.noaa.gov/afsc/refm/stocks/plan_team/2019/GOApcod.pdf.



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