海洋：气候变化的“引擎”

谭　天

自20世纪后半叶，全球气候变化就受到人们的关注，特别是90年代后，全球气候变化开始影响到千千万万人的生活，于是，关注全球气候环境变化的呼声越来越高，以至于呼吁开展国际合作，共同应对全球气候变化。全球环境为什么会发生变化?全球环境变化受哪些因素影响?全球环境变化有没有规律性的东西可循?我们应当采取哪些对策?这诸多问题是我们必须认真加以探讨的。

地球外圈：大气圈，水圈，岩石圈、生命圈

在人们关注地球环境，关注全球气候变化的时候，不妨先了解一下我们居住地球外圈的结构，从而更容易理解地球环境的变化。科学家研究证明，人类居住的地球外圈由四部分组成，即大气圈、水圈、岩石圈、生命圈。科学家相信，在地球的内圈，有地幔圈、外核液体圈、固体内核圈，在地球外圈和内圈之间，还有软流圈等，所以，地球有8个圈。不过，地球的内圈构造只是科学家们的猜想。

大气圈，是指包裹在地球表面之外的大气层。靠近地球表面的为对流层。对流层的厚度从海平面至上约10.5千米。由于受到太阳的照射，对流层能大量吸收红外热能，地球表面纬度不同，受热不均匀，在地球表面形成高压带和低压带。同时，因为受热，大量吸收地面上的水气，并使地表温度升高。由于对流层气圈内含有大量的水气，受地域、温度和压力差异等因素影响，含有大量水气的混合气体又随区域、高度和季节变化而变化，形成地球特有的水气循环：平流层是在对流层上至50千米的高度。平流层与对流层有所不同，这里水气极少，而臭氧极为丰富，能大量吸收紫外线。目前，人们已经对对流层和平流层中的一些天然物质和人工物质的互相作用以及循环过程有了较详尽的了解。与此同时，逐步认识大气环流、洋流系统以及了解云、降水的形成，大气混合过程和太阳辐射收支变化的规律。当然，充分认识和了解大气化学及其对气候的影响作用也是科学家们最为关注的课题。

水圈，是指地球表面水的总称。在水圈里，海洋占据了它的绝大部分——地球表面的70.78％被海水覆盖着。海洋作为水圈的重要组成部分，与大气圈、岩石圈以及生命圈，相互依存，相互作用，在全球环境与气候变化中扮演了至关重要的角色。其主要表现：海洋是水循环主要推动力，它提供了影响地球环境的绝大部分湿气，如果没有水圈，或者说没有海洋，地球将会和太阳系其他星球一样到处弥漫着二氧化碳，酷热难耐，一片干涸。地球水循环的形成，是因为海水在接受太阳光的照射后，其照射强度不同，形成气温、气压的差异，太阳的照射激活了水体的表面，从而形成了洋流和海浪，形成了大气环流。海洋影响全球气候的唯一方式是将热量输送到不同地区，可以说，不依靠空气，海洋也能把热量从低纬度输送到高纬度。洋流为地球输送了热量、氧气、营养盐，为动植物生命的诞生与繁衍提供了条件。

海气相互作用：厄尔尼诺、沃克环流，南方涛动

要了解全球气候变化的基本特点，就要深入了解海—气边界上的物理、化学变化的过程。在海一气边界层面上，大气赖以维持其循环的绝大部分的热能来自于海水，来自水气的凝结。也就是说，它是海水受到热辐射蒸发形成水气而发生的。而这些气体的浓度，在很大程度上取决于海水的盐度、温度、气压等条件。

1997～1998年，发生了强烈的厄尔尼诺现象。这种天气异常变化至少已经有5000年的历史，大约每隔2～7年发生一次。南美洲西海岸地区原属干旱型气候，但在圣诞节到夏季来临之前，却一反常规，雨量激增。异常天气的出现，导致冷水性鱼类锐减，渔民蒙受巨大损失。地处南美洲西海岸的秘鲁对此感受优为明显。科学家观测到，每当厄尔尼诺发生的时候，秘鲁外海水域海水温度意外升高了。这便是海水温度对气候影响最典型的证据。

科学家还发现，厄尔尼诺的出现与消失，又是一个被命名为“沃克环流”的大气环流圈变化的结果。“沃克环流”是由英国气象学家吉尔伯特-沃克于1923年首先发现的。当年，在太平洋西部的印度尼西亚附近出现低气压区，而在太平洋东部靠近南美洲附近地区，则存在一个与之对应的高压区。这样的东高西低气压分布，非常有助于信风自东向西流动，并带动赤道洋流向同一方向流动，将大洋表层的温暖海水，带向印度尼西亚地区，使这一海域形成巨大的“暖池”。高温“暖池”形成，便产生了上升气流。与此同时，从东边吹过来的信风，刚好补充该地区由于产生上升气流后出现的空间。所以，空气在低空由东向西流动。但是在高空，情况正好相反，气流是由西往东反向流动，至使赤道太平洋东部较冷水域在上空发生沉降，形成东西向的环流。沃克的这个发现，被人们命名为沃克环流。

然而，在有些年份，情况也会发生变化，出现西高压，东低压的异常情况。已经盛行的信风，由此减缓，甚至会停止。于是，发生了自西向东逆向运动的情况。此时的赤道洋流，也跟着变化，随之减弱，或是改变其方向。“暖池”中的海水，开始向东流动，加大了南美洲沿岸暖流的深度，抑制了秘鲁寒流的上升，于是表层海水温度出现升高的情况。结果是，该海域的鱼类和其他海洋生物无法获得寒流携带的营养盐生物群，势必造成冷水性鱼类的减少。大气也随之发生变化，海面上空向南移动的空气开始变暖，同时，给南美带来大量水气，降雨量增加，南美沿岸地区暴雨成灾。当地人的直接感受是，厄尔尼诺发生了。

有时候，在太平洋西部地区，也会发生低压区的气压会进一步下降，而东部的高压区的气压再度升高。受其影响是，信风和赤道洋流的流动速度加快。赤道洋流带去的暖温气体，使得当地暴雨成灾。结果是南亚地区洪水泛滥。而更为让人感到困惑的是，南美地区出现旱灾天气。这种现象，被科学家称之为“拉尼娜”现象。事实上，“尼尔尼诺”现象是包括与之相反的“拉尼娜”现象在内形成的较长气候变化周期的一部分。所以，科学家将整个周期叫做“厄尔尼诺一南方涛动”。气压分布的这种周期性变化，被称之为南方涛动(ENSO)。

更为有趣的是，在大西洋的北部，人们发现另一个北大西洋波动的循环，就是北极涛动(AO)。北极涛动是发生在北极和大约北纬55。地区之间的地面大气压力的周期性变化。位于北纬55。的地区有美国的阿拉斯加洲的南部、苏格兰的格拉斯哥和俄罗斯的莫斯科等。在北极上空处在高压时，北纬55°就会出现低压，反之亦然。科学家还无法找到发生北极涛动确切的原因，但是，它的发生与海面温度的变化有直接关系。海洋影响气候取决于海水运动和海水的温度。因为海水具有很高的热容

量。今天，不论是厄尔尼诺的发生，还是拉尼娜现象的出现，人们都无法进行有效预报。这证明，人们对海气相互作用的机理还在探索之中。

环境忧虑：温室效应，海平面上升，灾害频发

人们关注厄尔尼诺的另一个理由是，在厄尔尼诺发生之后，赤道太平洋海域的二氧化碳要比正常年份增多了许多。显然，在赤道太平洋表层与大气之间所发生的二氧化碳的自然交换动态平衡被打破了。这种交换失衡，可能更有研究价值。特别是在赤道附近的广阔海域，由于地理条件特殊，这一海域可能是二氧化碳最重要的排放源头之一。

那么，为什么在发生厄尔尼诺期间，这一海域排放二氧化碳要比平时多呢?科学家的解释是，这个地区由于温度差或者洋流分岔等原因造成了海水上升流，把含有丰富的二氧化碳海水，带到洋面表层水域，在洋面上进行自然交换。通常这种自然交换是匀衡的。然而，在发生厄尔尼诺期间，上升流明显减弱，因而二氧化碳的自然交换也相对减少。其减少幅度很大，大约为30％～80％。二氧化碳是温室效应的主要气体之一；海域出现超量的二氧化碳，这一趋势是非常值得关注的。因为，海水中的二氧化碳含量变化，对大气中的二氧化碳含量的改变有着显著影响。

在过去的半个多世纪中，大量的温室气体——二氧化碳、甲烷、氮氧化物、氯氟烃被排放入大气层，形成了科学家们称之为“温室效应”。据联合国气候变迁专业组的调查报告称，近半个世纪，全球温度比工业化前增长了0.6℃，如果按现在人们向大气排放废气的速度继续增长，再过50年，温室气体的浓度将达到前工业化时期的两倍以上，这将导致全球平均气温升高2.5℃。陆地气温可能升高达4℃。这个升温幅度，看起来并不算大，但是，这个升幅可能超过数百万年以来地球气温变化的任何时期。不要忘记，当年地球气温升高4℃，导致了整个冰河时代的结束。

温室效应的另外一个有害结果是，地球南北极的冰川融化，造成的海平面增高。有学者称，北极的冰川将消失50％，南极的冰盖也在大面积的消融之中。全球气候变暖，对生命的影响是巨大的。如果人们不采取措施，在未来的数十年中，极端气候可能会增加，暴风雨、洪水、干旱、沙尘暴、海啸、海岸决堤、海水入侵、森林枯死，粮食减产等将发生在人们的面前，农业面临巨大危机、全球经济有可能出现崩溃的危险。

那么，在面临全球气候变暖，温室效应不断威胁到人们的正常社会生活时，除了严格控制大量使用化石燃料，减少有害温室气体的排放之外，海洋所能发挥的巨大自然作用是不能低估的。海洋对气候的影响主要表现在全球热量的分配、水循环中的作用，以及通过水体和海洋中的动植物调节二氧化碳的吸收与排放。在地球热量分配方面，海洋的热储量比大气层大千余倍。海水的物理性质，使得海水能储存太阳辐射对地球产生的大部分热量，并通过洋流、热盐流，在赤道与极地之间，进行着热量的重新分配。同时，海水的热惯性又可减缓一个气候系统向另一个气候系统转变的速度。

当然，海洋对气候的影响是相互的。不可否认，气候的变化，反过来也会对海洋产生影响，主要反映在气候在海洋物理、生物和地球化学特征的影响，从而导致了海面水温升高、海平面上升、海洋酸化、海洋生态系统退化和海岸带极端灾害事件的发生。而海洋对全球环境的影响，则主要表现在对大气、水源、土壤、生物等环境要素作用，以及气候变化、臭氧层耗减、生物多样性保护、土地干旱沙漠化的影响等。由于这些自然特征的存在，近半个世纪以来，各国科学家在研究全球环境问题的同时，格外关注海洋对环境的影响，早先是关注海气相互作用的一般性机理，而后则更加关注海气相互作用的规律性的研究。(文章代码：2014)

责任编辑庞云