观测与预测

王治钧 孙启振

12世纪，英国巴斯的自然哲学家阿德拉德（Adelard）著书立说，整理出了一系列自己想要得到答案的问题。如今，许多海洋学家依然在研究其中一些有关海洋领域的提问，例如，海陆冰川持续融化，航道会如何改变？海洋生态系统如何适应变暖的海水？气候变化是否会引起海洋翻转、环流的崩溃？……

2024年TED年度大会邀请美国物理海洋学家苏珊·洛齐尔（Susan Lozier，现任佐治亚理工学院科学学院院长）解答这些问题。她长期致力于大规模海洋环流、海洋在气候变化中的作用以及热量和淡水在海洋中的转移的相关研究。

物理海洋学家苏珊·洛齐尔

跨越地球的海洋翻转环流

洋流，指海洋中具有相对稳定流速和流向的海水，从一个海区向另一个海区，沿一定路径的非周期性运动。大部分洋流都是区域性的，不会横跨大洋，但海洋中也存在着大规模的洋流，它们从一个洋盆（广义上指地球上承载全部海洋水体的洼地，狭义上指大洋底部的深邃洼地）流动到另一个洋盆，流动的距离通常能达到几千公里。

其中，最大的洋流被称为“海洋翻转环流”。它发源于高纬度地区。冬季，温暖的表层海水温度降低、密度变大，它们不断下沉，在海洋深处扩散，最终再次上升，回到温暖的海洋表面——它们出发的地方。

海洋翻转环流，蓝色路径为深海流动，橙色路径为浅海流动

海洋翻转环流不仅可以将深海营养物质带到浅海，还能够重新分配地球的热量。它与大气环流共同作用，保持着地球赤道和两极间30摄氏度左右的温度差。如果没有它，这一温差将扩大，内陆地区也会发生巨变——极地被完全冰封，热带地区更加酷热难当。

海洋翻转环流对气候的影响不只在气温。海水下沉时，会携带着与大气交换而来的二氧化碳。随着人类社会不断发展，大气中二氧化碳的浓度升高，流入或被吸收进海洋的碳含量也在增加。

目前，海洋中存储的二氧化碳总量约占人类自工业革命以来排放的二氧化碳总量的30%。虽然大气中的二氧化碳水平会因此降低，但海水的酸度会不断增加，海洋生物的生存和整个海洋生态系统都会受到影响。

海洋的危机

如今，随着全球变暖、冰川融化，海洋也在持续升温，影响着表层海水的密度。到达某个时间节点后，海洋表层海水密度将达不到在冬季下沉的标准。到那时，海洋翻转环流流速变慢，吸碳量随之减少，地球气候和天气模式将遭到更大的破坏，未来人类可能会经历更多极端天气。

通过气候建模技术制作的图表，黑色和灰色的线条为海洋翻转环流过去相对稳定的变化，彩色的线条是基于不同气候模型和不同气候条件，对未来海洋翻转环流变化的预测

曾经，许多海洋学家认为，海洋翻转环流的变化会非常缓慢，时间尺度可参照地球冰期的周期变化，以几万年计。但在20世纪90年代，一项关于冰盖的研究指出，海洋翻转环流或许会在数十年、甚至几年内发生变化——后续出现的严重影响也会随之而来。

OSNAP项目示意图。红线为表层洋流，蓝线为深层洋流。垂直向下的黑线为锚固装置，从海面延伸至海底。红点代表安装在锚固装置上的监测仪器，可以监测洋流、海水温度和盐度

值得庆幸的是，计算机技术的进步能够帮助我们更好地预测这一风险。经过计算、分析、建立模型我们得知，海洋翻转环流的崩溃或许会在2100年前后发生。为了我们的子孙后代，为了地球的未来，我们必须继续观测海洋，才能更准确地预测海洋变化。

更好地观测未来

全球的海洋学家正致力于搭建一个国际海洋观测系统，这个项目名为北大西洋近极地海洋翻转环流项目（下文简称OSNAP）。自2014年开始，每隔一年的夏天，研究船都会沿OSNAP的航线航行，安放仪器、进行测量。航线分为几条，从拉布拉多海岸一直延伸到格陵兰岛的一侧，又从格陵兰岛的另一侧开始，一直到苏格兰海岸，数十位来自不同国家的海洋学家都参与了航行。

用来测量海洋和大气间碳交换的浮标，是庞大的全球测量系统中的一小部分

苏珊的学生在格陵兰岛近海回收采集了深海海水样品的采水器

自动驾驶滑航仪。它会按照预先设置的路线在深海进行测量，每隔一段时间跃出海面一次，将信息上传给上方经过的卫星

海洋观测的时间跨度非常长，我们无法通过短期的数据变化推断海洋翻转环流是在增强还是减弱。我们也不能孤立地研究它，海洋是紧密联系在一起的，我们需要在全球范围测量海水是否升温、变淡、变酸，以便更好地理解和评估海洋翻转环流的变化。

如今，在各个国家海洋学家的通力合作下，地图上已经密密麻麻地布满了代表测量装置的点。为了地球的未来，我们正在不断努力。

阿德拉德的许多问题，我们花了几个世纪来找答案。但想要解决我们的问题，却不再有几个世纪的时间，或许只有几十年，甚至几年。想要阻止海平面上升，降低海洋翻转环流变慢或者停止的风险，必须有更多的人关注，需要所有人齐心协力，为减少大气中的二氧化碳而努力。

（责任编辑 / 牛一名  美术编辑 / 周游）