近年來全球變暖的話題熱議不斷,與此同時,世界許多地方都出現(xiàn)了極端天氣。極端天氣不僅會對人類的生產(chǎn)生活造成極大影響,也會對其他生物、地球環(huán)境和地球自身運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大威脅。那么,全球進(jìn)入第二次冰河世紀(jì)——科幻電影《后天》里的情節(jié),有可能在現(xiàn)實中出現(xiàn)嗎?回答這個假設(shè)性的問題,不得不提到一個重要的氣候臨界點——大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(AMOC)。
哥本哈根大學(xué)科學(xué)家日前在《自然-通訊》上發(fā)布了一項最新研究,提出在溫室氣體排放持續(xù)的情況下,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流可能在本世紀(jì)中或在2025年后的任意時間崩潰。大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流到底是什么?為何它的崩潰會引起科學(xué)家的關(guān)注?今天我們就來聊聊洋流與氣候的關(guān)系。
大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流對氣候的影響
2004年上映的科幻電影《后天》以大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流被冰川融化阻斷作為情節(jié)主線,講述了溫室效應(yīng)造成地球氣候異變,冰山融化和龍卷風(fēng)、海嘯、地震肆虐的故事。相信看過這部電影的人至今仍會感到不寒而栗。雖是科幻情節(jié),但洋流與氣候的關(guān)系的確十分密切。
洋流是指海水沿著一定方向有規(guī)律具有相對穩(wěn)定速度的水平流動,是從一個海區(qū)水平或垂直地向另一個海區(qū)大規(guī)模、非周期性的運(yùn)動,這是海水的主要運(yùn)動形式。全球大洋洋流有兩大類型:風(fēng)生環(huán)流和熱鹽環(huán)流。
風(fēng)生環(huán)流就是中學(xué)地理課本中講到的“風(fēng)生流”,即由風(fēng)吹動海水形成的海流。風(fēng)生環(huán)流由海洋表面的風(fēng)驅(qū)動,可以影響海表以下400米海水的流動。
熱鹽環(huán)流指由于海水不同區(qū)域之間密度差異造成的海流,是被海水密度梯度驅(qū)動的深層環(huán)流。海水密度由海水的溫度和鹽度共同決定,當(dāng)海面受熱不均勻或者蒸發(fā)、降水不均勻時,海水的溫度和鹽度就會發(fā)生改變,進(jìn)而造成海水密度分布不均勻。溫度越低、鹽度越高,海水密度就越大,低溫高鹽的海水因密度大會向下沉,高溫低鹽的海水因密度小則會向上升。因此,熱鹽環(huán)流也被稱為大洋環(huán)流傳輸帶,它控制著全球約90%的水體,是調(diào)節(jié)全球氣候的關(guān)鍵紐帶。
大西洋洋流則是這根紐帶的關(guān)鍵部位,它的學(xué)名就叫做“大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流”(即一個攜帶熱帶暖水北向前往北大西洋的巨大洋流系統(tǒng))。大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流是全球熱鹽環(huán)流和氣候系統(tǒng)的重要組成部分,其強(qiáng)度變化可直接影響南北半球的熱量分配。
橫緯豎經(jīng),經(jīng)向為“南北向”。大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流可以將地球低緯度溫暖的表面水傳送到高緯度地區(qū),讓這些水在寒冷的北大西洋深層水區(qū)域進(jìn)行冷卻、滲透,隨后向南返程流動,完成熱量交換。它的變化,會對北方海洋的熱量傳輸帶來深遠(yuǎn)影響,也會對歐洲和北大西洋的氣候帶來一定影響。
在地球上,大尺度的海洋環(huán)流是地球物質(zhì)和能量再分配的主要方式。高緯度地區(qū)冰冷、含鹽量高的海水流向低緯度地區(qū),低緯度地區(qū)的高溫洋流向高緯度地區(qū)流動,從而實現(xiàn)對地球熱量的再分配。具體說到大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流,其主要任務(wù)就是將“熱水”送往北大西洋。得益于此,歐洲1月份的平均氣溫通常要比同緯度的亞洲與北美洲東海岸高出15℃至20℃。
“全球變冷”萬余年前曾上演
日前,哥本哈根大學(xué)物理學(xué)家彼得·迪特萊夫森和統(tǒng)計學(xué)家蘇珊妮·迪特萊夫森在《自然—通訊》上發(fā)布的最新研究結(jié)果顯示,如果繼續(xù)按照當(dāng)前的溫室氣體排放水平發(fā)展,地球的大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流可能在本世紀(jì)中或在2025年后的任意時間崩潰,且崩潰時間不晚于2095年。
不過這一結(jié)論與政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的最新報告相矛盾,IPCC最近一次評估認(rèn)為,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流不太可能在21世紀(jì)完全崩潰。一些沒有參與這項研究的科學(xué)家表示,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流崩潰的確切臨界點是不確定的,截至目前,對洋流的測量幾乎沒有顯示出趨勢或變化。但他們一致認(rèn)為,臨界點可能比以前想象中的更早到來。
究竟何時崩潰暫且不論,但作為地球氣候系統(tǒng)中最重要的臨界元素之一,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流可能會崩潰這件事,是人類對氣候最嚴(yán)重的憂慮之一,因為這將對北大西洋地區(qū)和全世界的氣候產(chǎn)生巨大影響。
上一次這種突發(fā)氣候變化發(fā)生于1.2萬多年前的末次冰期,就是由大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流的崩潰和恢復(fù)所致,造成了北半球平均氣溫在十年內(nèi)發(fā)生了10℃-15℃的波動,遠(yuǎn)大于現(xiàn)在一個世紀(jì)內(nèi)1.5℃的改變。當(dāng)時的地球正處于暖期,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流突然減弱,大洋環(huán)流傳輸帶關(guān)閉,導(dǎo)致全球增暖中斷、氣溫陡降。整個事件持續(xù)了約1200年,全球平均氣溫整體下降了約6℃。這次全球性的突然變冷事件被后人稱為“新仙女木事件”(原本只在極地生長的“仙女木”花在歐洲大陸開放)。
此次最新研究結(jié)果表明,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流崩潰臨界點可能激活的最小溫升值為1.4℃,估算變化范圍在溫升1.4℃-8.0℃,如果溫升超過最大值8.0℃,那么大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流將徹底崩潰,且不可逆轉(zhuǎn)。
這一全球重要洋流系統(tǒng)一旦崩潰,將給全世界帶來災(zāi)難性的后果。屆時,北大西洋冬季平均表面溫度將在10年內(nèi)降低2℃-3℃,歐洲每年的風(fēng)暴天氣將增加、冬季平均氣溫隨著北大西洋的降溫而下降,同時嚴(yán)重破壞印度、南美和西非數(shù)十億人賴以為生的降雨,并導(dǎo)致北美東部的大西洋海平面上升,使已經(jīng)變成碳源的亞馬遜雨林面臨更大的危險,南極冰蓋的融化速度也會加快。也就是說,地球?qū)㈤_啟新的小冰期時代。
升溫過度將刺激洋流崩潰
如前文所說,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流崩潰的話,會給地球帶來極為可怕的后果,比如降雨中斷、農(nóng)業(yè)荒廢、土地向干旱荒漠化轉(zhuǎn)變等。
大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流給北大西洋中高緯度地區(qū)“送溫暖”的活動是全球氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán),不僅對北半球的氣候十分關(guān)鍵,對全球大氣-海洋熱量向北轉(zhuǎn)移也有一定作用。一旦其減弱或崩潰,輸送到北大西洋中高緯度地區(qū)的熱量減少,西歐和北美會最先變冷,然后牽一發(fā)而動全身,當(dāng)整個北半球都變冷時,離進(jìn)入寒冷的冰河世紀(jì)就不遠(yuǎn)了。
如今,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流崩潰這個氣候臨界點可能被激活的腳步越來越近,也越來越急促。目前全球升溫幅度已達(dá)到1.1℃,而聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)發(fā)布的《2022年排放差距報告》指出:到本世紀(jì)末,全球氣溫可能升高2.8℃——全人類必須實現(xiàn)45%的減排才能避免全球性巨災(zāi)的發(fā)生。
全球目標(biāo)一致的行動比喋喋不休的爭論、停滯不前的心態(tài)更有力量和效果。預(yù)見氣候災(zāi)難,不必驚慌失措。當(dāng)今人類文明還有兩道防線可以堅守——科學(xué)防線和認(rèn)知防線。要科學(xué)理性地告訴人們,地球承載力界限在哪兒?需要什么樣的地球公域管理?同時,人類還需要有清晰的認(rèn)知,依靠知識和科技做有利于地球氣候環(huán)境的事。因此,用行動扭轉(zhuǎn)或延緩氣候臨界點的激活,是捍衛(wèi)人類文明的重要防線。
氣候臨界點能否被改變
前文提到,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流崩潰是個重要的氣候臨界點。這個常常被科學(xué)家掛在嘴邊的“氣候臨界點”究竟是什么意思?
打個比方,一艘船剛開始傾斜進(jìn)水的時候,還能保持平衡,任其發(fā)展船就會翻,造成這個結(jié)果的關(guān)鍵傾斜角度就是臨界點。氣候臨界點也是這個道理,一旦越過氣候變化中的臨界點(即被激活),就會導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的后果。
氣候臨界點是氣候變化研究的熱門領(lǐng)域,也是全球面臨的最大氣候風(fēng)險。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會將氣候臨界點定義為:全球或區(qū)域氣候從一種穩(wěn)定狀態(tài)到另外一種穩(wěn)定狀態(tài)的關(guān)鍵門檻。
當(dāng)然,大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流不是唯一的氣候臨界點。
2022年,??巳卮髮W(xué)氣候研究員戴維·阿姆斯特朗·麥凱等人研究發(fā)現(xiàn),全球氣候臨界點共有16個,其中9個為影響全球的全球性臨界點,7個為可能產(chǎn)生嚴(yán)重區(qū)域影響的區(qū)域性臨界點。具體來說,全球性臨界點可能會導(dǎo)致全球性的連鎖影響,伴隨著額外的碳排放和更高的海平面上升率;區(qū)域性臨界點可能產(chǎn)生嚴(yán)重的區(qū)域性或地方性影響,如極端溫度、更頻繁的干旱、森林火災(zāi)等。
研究人員對逐個臨界點被觸發(fā)所需的氣溫升幅進(jìn)行了計算,發(fā)現(xiàn)有5個臨界點已處于危險區(qū),已經(jīng)或很快將被突破。這5個危險的臨界點是格陵蘭冰蓋崩塌、南極西部冰蓋崩塌、北極凍土層崩塌、熱帶珊瑚礁消亡、拉布拉多海副極地對流崩塌,其中格陵蘭冰蓋和南極西部冰蓋崩塌的臨界點已經(jīng)被突破。觸發(fā)格陵蘭島冰蓋崩塌的臨界點是升溫0.8℃,而觸發(fā)南極西部冰蓋崩塌的臨界點是升溫1℃。除了這5個臨界點之外,其余11個臨界點被觸發(fā)所需的升溫幅度超過1.5℃,因此被歸于有可能被激活的臨界點。
想要改變目前這些氣候臨界點并不容易,因為氣候臨界點有兩個重要特性:不可逆性和難以預(yù)測性。
1.不可逆性 全球變暖引起“氣候臨界點”被突破,會進(jìn)一步引發(fā)多米諾骨牌式的正反饋效應(yīng),可能將全球的森林、海洋、冰蓋等系統(tǒng)推向不可逆轉(zhuǎn)的死亡深淵。且越過臨界點后,氣候變化可轉(zhuǎn)為更加陡峭的非線性指數(shù)級數(shù)變化,如同一塊石頭從山頂急速墜落,擋都擋不住。
2.難以預(yù)測性 難以預(yù)測性是氣候臨界點最危險的特性,盡管人們知道危險將會來臨,卻無法準(zhǔn)確預(yù)見臨界點何時到來。這有點像人類學(xué)家對于“災(zāi)難系統(tǒng)”的定義——我們經(jīng)常能夠預(yù)測災(zāi)難,但不能預(yù)測災(zāi)難發(fā)生的準(zhǔn)確時間。往往當(dāng)我們意識到臨界點來臨時,臨界點實際上已經(jīng)被觸發(fā)。
很多人想知道,在氣候臨界點被激活后,世界會變成什么樣?這個答案目前誰也不會知道,唯一清楚的就是,到那時世界會進(jìn)入新的平衡,但不會再是原來的狀態(tài)。所以,只有在未到達(dá)氣候臨界點的過程中,避免觸發(fā)臨界點的努力才是有意義的。
(作者為中國氣象局氣候服務(wù)首席專家)
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