全球海洋变暖加速(2)
重建海洋长期资料
Argo资料真正丰富起来是在2005年之后。在此之前的海洋观测主要依靠船舶，不仅观测数量稀少，而且主要分布在北半球中纬度航线较为丰富的区域。海洋观测数据不足，又如何估算此前的海洋状况呢？科学家永远无法穿越到上个世纪重新对全球海洋中上层进行精细测量。因此，深刻挖掘旧有资料，重新获得过去100多年、尤其是过去50多年的海洋中上层热含量的变化状况，成为进行气候变化研究的重要研究课题。在海洋数据领域，科研人员一直在持续不断地改进旧数据的质量、发展新的技术以便更准确地重构过去海洋的状态。
图5.船用抛弃式测温仪器包括探体、发射器、甲板处理单元及数据显示记录仪器。其中，探体是发射入水中消耗掉的部分，一般为鱼雷型流线造型。探体头上安置有温度传感器，并将采集的信号通过信号线传输到船上甲板处理单元。探体入水后，探体上的电极通过海水与接地线形成回路，温度测量电路开始工作，采集海水温度的同时计算探体下落的深度，探体达到最大深度后，铜细线自动断开，完成本次测量
, http://www.100md.com
目前，国际海洋界一般推荐的是海洋次表层XBT(Expendable bathythermograph，抛弃式测温仪)温度观测数据，尽管该观测数据较少且时空分布非常不均匀，但这是目前仅有的海洋历史资料里的核心部分。XBT是1970～2001年海洋次表层最主要的温度观测仪器，占该时段所有次表层温度数据的41%。抛弃式测温仪测量到的温度数据广泛应用于气候变化、物理海洋学等相关研究中。不过，这些数据存在系统性偏差，且这种偏差早在20世纪70年代已被发现，直到IPCC第四次评估报告出台之后，才引起人们的广泛关注。
因为XBT数据存在系统性偏差，该数据也经常被称为“不成熟”的数据之一。那么，如何订正XBT偏差？如何更好地使用XBT历史数据呢？2008年至今，国际上不同的研究小组提出了超过10种XBT数据偏差订正方案，其中就包括中科院大气物理研究所联合美国大气海洋局(NOAA)、澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的科学家在2014年提出的方案。在2014年11月舉办的第四次XBT科学研讨会议上，XBT研究小组首次面向气候变化、物理海洋学术界对如何使用XBT数据提出建议， 建议订正XBT偏差时考虑下列因素：需同时订正温度和深度偏差、订正时需考虑不同仪器的差异、不同海水温度的影响、历史不同时期偏差不一致等问题。
, 百拇医药
据此，中科院大气物理研究所成里京和朱江研究团队提出的海洋数据偏差订正方案，被国际上推荐为最佳订正方案。
另外，针对海洋中存在大量缺测的区域，研究团队进一步利用海洋丰富的时空相关性，提出了一个新的空间插值方案。该方法有效克服了目前主流方案的两个主要问题，改变了对历史海洋次表层温度长期变化的低估问题，并且能够更准确地定义不同格点之间温度变化的相关性(各向异性)，进而更好地对无观测区域进行温度场重构。
研究团队最终依据上述发展技术，重建了一个自1940年以来全球海洋上层2000米的新的温度数据集，并不断对数据进行更新。系统性分析和评估表明：该数据集能够准确再现1940～2015年历史区间内的气候平均态、年代际变化(如PDO)、年际变率(如ENSO)以及长期趋势。此外，由美国国家大气研究中心(NCAR)牵头的最新研究比较了目前最常用的几种次表层格点温度数据(IPRC、SCRIPPS、EN4.1、JAMSTEC77、IAP)对2004～2014年地球系统能量收支的估计，发现尽管中科院大气所的格点数据依然存在较大误差，但在所用的6种观测数据中误差最小。
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海洋加速增暖
根据这套数据所做的新的海洋变暖评估显示，海洋变暖速度比政府间气候变化专门委员会第五次评估报告中的估计速度快约13%。这意味着，全球变暖速率比人们原本以为的更快，并且还在加速变暖。
该项研究成果于2017年发表在Science Advances杂志上，被美国第四次国家气候评估-气候科学评估报告直接使用，并被英国皇家学会选为政府间气候变化第五期评估报告(IPCC-AR5)之后的主要进展之一。
在IPCC-AR5中所列出的5个海洋热含量变化估算中，最小的估值只有最大的估值的一半(图6)。对于海洋变暖速度估算的不确定性，一方面限制了人们对全球变暖的科学认知，影响了地球系统能量不平衡、气候敏感性等关键气候参数的估算；另一方面也极大地阻碍了对气候模型的评估：从能量变化的角度，气候模型能否准确反映出过去的气候变化，进而对未来做出合理预估呢？
, 百拇医药
前不久，中国科学院大气物理研究所成里京副研究员联合美国圣托马斯大学亚伯拉罕、加州大学伯克利分校霍斯法瑟和美国大气研究中心特伦伯斯在《科学》杂志上撰文，对上述问题进行了解答。
图6. (上图)全球上层2000米海洋热含量变化：过去的变化和未来预估。右侧样条为2081～2100年预估值。(下图)新的海洋热含量估计(蓝色)比IPCC-AR5中的5个估计(灰色)显示出更强的同期海洋变暖速率。气候模型的同期模拟结果(黄绿色)
利用中科院大气物理研究所最新的海洋上层2000米热含量数据，以及更新和改进了方法的日本气象厅、澳大利亚联邦科学与工业研究组织、美国普林斯顿大学等的新数据，研究人员重新估算了海洋上层热含量的变化。结果表明，各个数据使用新的方法之后，显示出非常一致的变化趋势，即自1955年以来，全球海洋热含量持续上升。此外，海洋变暖在20世纪90年代后显著加速：1991年后，海洋上2000米变暖速率为0.55～0.68 焦耳每平方米。这直接反映了人类活动持续排放的温室气体对海洋的影响。, 百拇医药(魏科)
Argo资料真正丰富起来是在2005年之后。在此之前的海洋观测主要依靠船舶，不仅观测数量稀少，而且主要分布在北半球中纬度航线较为丰富的区域。海洋观测数据不足，又如何估算此前的海洋状况呢？科学家永远无法穿越到上个世纪重新对全球海洋中上层进行精细测量。因此，深刻挖掘旧有资料，重新获得过去100多年、尤其是过去50多年的海洋中上层热含量的变化状况，成为进行气候变化研究的重要研究课题。在海洋数据领域，科研人员一直在持续不断地改进旧数据的质量、发展新的技术以便更准确地重构过去海洋的状态。
图5.船用抛弃式测温仪器包括探体、发射器、甲板处理单元及数据显示记录仪器。其中，探体是发射入水中消耗掉的部分，一般为鱼雷型流线造型。探体头上安置有温度传感器，并将采集的信号通过信号线传输到船上甲板处理单元。探体入水后，探体上的电极通过海水与接地线形成回路，温度测量电路开始工作，采集海水温度的同时计算探体下落的深度，探体达到最大深度后，铜细线自动断开，完成本次测量
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目前，国际海洋界一般推荐的是海洋次表层XBT(Expendable bathythermograph，抛弃式测温仪)温度观测数据，尽管该观测数据较少且时空分布非常不均匀，但这是目前仅有的海洋历史资料里的核心部分。XBT是1970～2001年海洋次表层最主要的温度观测仪器，占该时段所有次表层温度数据的41%。抛弃式测温仪测量到的温度数据广泛应用于气候变化、物理海洋学等相关研究中。不过，这些数据存在系统性偏差，且这种偏差早在20世纪70年代已被发现，直到IPCC第四次评估报告出台之后，才引起人们的广泛关注。
因为XBT数据存在系统性偏差，该数据也经常被称为“不成熟”的数据之一。那么，如何订正XBT偏差？如何更好地使用XBT历史数据呢？2008年至今，国际上不同的研究小组提出了超过10种XBT数据偏差订正方案，其中就包括中科院大气物理研究所联合美国大气海洋局(NOAA)、澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的科学家在2014年提出的方案。在2014年11月舉办的第四次XBT科学研讨会议上，XBT研究小组首次面向气候变化、物理海洋学术界对如何使用XBT数据提出建议， 建议订正XBT偏差时考虑下列因素：需同时订正温度和深度偏差、订正时需考虑不同仪器的差异、不同海水温度的影响、历史不同时期偏差不一致等问题。
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据此，中科院大气物理研究所成里京和朱江研究团队提出的海洋数据偏差订正方案，被国际上推荐为最佳订正方案。
另外，针对海洋中存在大量缺测的区域，研究团队进一步利用海洋丰富的时空相关性，提出了一个新的空间插值方案。该方法有效克服了目前主流方案的两个主要问题，改变了对历史海洋次表层温度长期变化的低估问题，并且能够更准确地定义不同格点之间温度变化的相关性(各向异性)，进而更好地对无观测区域进行温度场重构。
研究团队最终依据上述发展技术，重建了一个自1940年以来全球海洋上层2000米的新的温度数据集，并不断对数据进行更新。系统性分析和评估表明：该数据集能够准确再现1940～2015年历史区间内的气候平均态、年代际变化(如PDO)、年际变率(如ENSO)以及长期趋势。此外，由美国国家大气研究中心(NCAR)牵头的最新研究比较了目前最常用的几种次表层格点温度数据(IPRC、SCRIPPS、EN4.1、JAMSTEC77、IAP)对2004～2014年地球系统能量收支的估计，发现尽管中科院大气所的格点数据依然存在较大误差，但在所用的6种观测数据中误差最小。
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海洋加速增暖
根据这套数据所做的新的海洋变暖评估显示，海洋变暖速度比政府间气候变化专门委员会第五次评估报告中的估计速度快约13%。这意味着，全球变暖速率比人们原本以为的更快，并且还在加速变暖。
该项研究成果于2017年发表在Science Advances杂志上，被美国第四次国家气候评估-气候科学评估报告直接使用，并被英国皇家学会选为政府间气候变化第五期评估报告(IPCC-AR5)之后的主要进展之一。
在IPCC-AR5中所列出的5个海洋热含量变化估算中，最小的估值只有最大的估值的一半(图6)。对于海洋变暖速度估算的不确定性，一方面限制了人们对全球变暖的科学认知，影响了地球系统能量不平衡、气候敏感性等关键气候参数的估算；另一方面也极大地阻碍了对气候模型的评估：从能量变化的角度，气候模型能否准确反映出过去的气候变化，进而对未来做出合理预估呢？
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前不久，中国科学院大气物理研究所成里京副研究员联合美国圣托马斯大学亚伯拉罕、加州大学伯克利分校霍斯法瑟和美国大气研究中心特伦伯斯在《科学》杂志上撰文，对上述问题进行了解答。
图6. (上图)全球上层2000米海洋热含量变化：过去的变化和未来预估。右侧样条为2081～2100年预估值。(下图)新的海洋热含量估计(蓝色)比IPCC-AR5中的5个估计(灰色)显示出更强的同期海洋变暖速率。气候模型的同期模拟结果(黄绿色)
利用中科院大气物理研究所最新的海洋上层2000米热含量数据，以及更新和改进了方法的日本气象厅、澳大利亚联邦科学与工业研究组织、美国普林斯顿大学等的新数据，研究人员重新估算了海洋上层热含量的变化。结果表明，各个数据使用新的方法之后，显示出非常一致的变化趋势，即自1955年以来，全球海洋热含量持续上升。此外，海洋变暖在20世纪90年代后显著加速：1991年后，海洋上2000米变暖速率为0.55～0.68 焦耳每平方米。这直接反映了人类活动持续排放的温室气体对海洋的影响。, 百拇医药(魏科)