物理海洋实验室在气候变暖地表能量变化研究取得最新进展
近日，由中国海洋大学“青年英才工程”第一层次教授、深海圈层与地球系统前沿科学中心/物理海洋教育部重点实验室宋丰飞教授联合来自国内外多家科研院所的权威专家，在气候变暖地表能量变化研究领域取得最新进展，提出代表地表大气能量变化的地表有效位温（Thetae_sfc）是衡量全球变暖与相应极端天气变化的更为全面的指标。国际顶尖学术期刊Proceedings of the National Academy of Sciences（《美国国家科学院院刊》，英文简称PNAS）对该成果进行了线上报道。
一直以来，地表气温（SAT）和海洋热含量分别是衡量全球变暖的大气和海洋的最重要指标。历来的IPCC（政府间气候变化专门委员会）评估报告中都有专门的章节去分析观测和模拟中的SAT和海洋热含量变化。但与海洋热含量代表海洋中的能量不同，地表气温并不完全代表地表大气中的能量，因为它并没有考虑地表大气能量中的潜热部分（与大气中的水汽相关）。SAT在全球变暖与气候变化领域的广泛使用与它拥有长期可靠的观测记录密不可分，但其是否能够代表全球变暖及其伴随的极端天气事件的变化一直没有得到足够的研究。本研究首先利用观测、多套再分析资料以及CMIP5（第五次耦合模式比较计划）模式的地表气温和地表比湿计算了地表有效位温，检查了历史阶段的地表有效位温变化并探讨了其在未来的变化。研究发现，地表有效位温在最近四十年（1980-2019）的全球变暖速率是SAT的两倍，即大气水汽与SAT变化对全球变暖造成的地表大气能量变化相当。由此可见，水汽对全球变暖的贡献不可忽略。
图1：1980-2019年（上列）观测和（下列）再分析资料的（左列）SAT 和（右列）Thetae_sfc的趋势。图中数值已经除以了全球平均。全球平均数值在图标中给出。
众所周知，SAT衡量的全球变暖空间分布呈现三大典型特征：极地强化（Polar Amplification）、陆地增温比海洋强、北半球增温比南半球强（图1左列）。但这三大特征在地表有效位温衡量的全球变暖空间分布中都有不同程度的削弱，即北半球极地与热带增温对比、陆地与海洋增温对比以及北半球与南半球增温对比都变小（图1右列），尤其是在未来变暖背景下，北半球极地与热带增温相当，陆地与海洋增温也相当。这反映了全球变暖造成大气能量较为均匀一致增加的特征。全球变暖下，极端天气气候事件频发，本研究发现相比于SAT，极端降雨与地表有效位温有更好的相关（图2），极端高温也是如此。这反映了地表有效位温与这些极端事件之间可能有着更好的物理联系，值得未来进一步研究。正是由于地表有效位温代表地表大气能量，其衡量的全球变暖也与传统的SAT存在很大不同且地表有效位温与极端天气事件有更好的联系，研究团队强烈推荐气候学界广泛使用地表有效位温来衡量全球变暖与气候变化。
图2：1980-2019年热带（30S-30N）陆地上年最大降雨量与（a）年平均SAT，（b）年平均Thetae_sfc的关系。降水来自NOAA CPC逐日降水资料，SAT与Thetae_sfc均来自ERA5。每个点代表在热带陆地上相应SAT和Thetae_sfc数值的间距平均。相关系数在图标中给出。
温室气体增加如何影响区域及全球尺度温度变化是当今全球科学界亟需回答的重大基础前沿科学问题之一，而应对气候变化又是当前人类社会可持续发展面临的艰巨挑战。为解决这些问题，各国政府正在加大投入，包括气候变化的基础研究、清洁能源与可再生能源开发、水资源可持续利用等领域的研究。近年来，实验室聚焦国际前沿，引领学科发展，始终将海洋与气候变化作为重点研究方向之一，联合青岛海洋科学与技术试点国家实验室等创新科研平台，在模式发展、机理研究、未来变化预估等各个领域协同全球优势力量开展攻关，为构建人类命运共同体提供科技支撑，贡献中国力量。