海洋是怎样影响气候变化的？如何应对海洋的暖化？

专访自然资源部第一海洋研究所副所长乔方利

    受全球气候变化影响，多地极端天气频发。极端天气的发生与海洋有什么样的关系？海洋与气候变化领域有哪些最新研究成果？如何更好地应用这些成果？本报记者采访了自然资源部第一海洋研究所副所长乔方利。

    乔方利，博士，博导，自然资源部第一海洋研究所副所长。欧洲科学院院士，国际欧亚科学院院士。国际知名学术期刊“海洋模拟（Ocean Modelling）”共同主编，中国海洋研究委员会主席。曾任联合国“海洋十年”咨询委员会专家（中国唯一），联合国教科文组织政府间海洋学委员会西太分委会主席等。
    中国环境报：海洋与气候变化有什么关系？
    乔方利：海洋和气候其实是两个研究领域，我们通常讲的气候是指海洋、陆地、大气、冰，而且这4大圈层之间相互作用，是一个非常复杂的系统。
    很多人认为气候变化只跟大气相关。实际上，海洋在气候变化过程中起到决定性的作用。海、陆、气、冰会通过它们之间的界面做物质、能量交换。气候变化本质上是人类活动排放的二氧化碳等温室气体造成全球气候变暖。根据最新的全球气候变化第六次评估报告IPCC-AR6的结果，温室气体造成的全球热量增加的93%进入了海洋，只有大约2.3%的热量进入大气系统。海洋2—3米的水体所含的热含量与大气整体的热含量相当。海洋平均深度为3500米，换句话说，海洋的热含量是大气热含量的1000多倍。打个形象的比喻，如果海洋打个喷嚏，气候系统就会感冒，而且会是重感冒。海洋就是地球的“大空调”，如果没有海洋调节，气候系统就会崩溃。我们感受到的几天内的天气变化主要是大气环流起作用，几个月甚至更长时间的天气变化，则完全是由海洋控制的，海洋才是气候变化的真正控制者。
    中国环境报：海洋与气候变化关系这个交叉学科的研究现状如何？
    乔方利：要深入研究海洋与气候变化关系，研究不同圈层之间的界面特别重要，既懂海洋又懂大气，才能比较好地理解海气界面的交换过程。迄今这种跨学科的研究仍然非常薄弱。很多有很强大气背景的科研工作者对海洋的了解并不多，往往认为知道海面的温度是多少、是冷还是暖就够了，其他过程研究是海洋研究者的事。但实际并非如此，要预测未来的天气或者长期气候变化，尤其是极端天气过程，只知道海面温度做出来的预报是不准确的。
    中国环境报：您深耕海洋与气候变化研究多年，取得了哪些突破性的成果？
    乔方利：经过多年努力，我们取得了一些突破性的研究成果，这些成果有助于发展我国自己的气候模式。气候模型是基于物理学、地球流体力学、大气科学和海洋科学基本定律的微分方程组，要求解这些方程组，还需要计算数学和强大的计算机。气候模式的水平是一个国家科技综合实力的体现。通过我们的努力，将我国的气候模式准确性推进到世界前列，这是我国科研领域取得的一个飞跃。具体包括以下几个方面的进展：
    一是湍流理论。从全球尺度看，波浪的空间尺度很小，它的平均高度只有1米左右，平均波长也只有100米左右，而气候系统的空间尺度是数千公里到全球上万公里，因此，原来国内外学者认为波浪和气候是完全不相关的。我们发现，波浪会产生湍流，而湍流会改变上层海洋的热力结构，而上层海洋的热含量决定了气候系统未来发展。在气候模式中加入浪致湍流理论，能够大大提高极端天气预报和气候预测的准确性。
    二是飞沫水汽过程。海浪破碎会产生飞沫。去过海边的人就会很容易发现，刮大风时海面雾蒙蒙一片，这就是飞沫。风会把飞沫卷到空气中，这种飞沫在海洋与大气之间传递很多热量。此前，在气候模式中，并未考虑这一过程。我们发现，这一过程对全球气候有重大作用。飞沫传递的热量，是海洋传递到大气中热量很重要的一部分。
    三是我们进一步理解了海洋和大气之间的交换过程。比方说风，海风会产生风应力来驱动海洋流动。以前我们以为，风向与风应力的方向是完全一致的。但我们实际观测发现，并非如此。因为海洋和大气之间存在波浪，波浪能改变风应力方向。例如，风朝东吹，但在波浪作用下，风应力并不朝东，会朝东北或南北，甚至风应力的方向朝西，这就颠覆了原来的科学认知。
    中国环境报：有哪些海洋气候研究核心课题的研究成果转化成了现实的应用？可否给我们分享一些案例？
    乔方利：一个案例是台风。台风的破坏力非常强，和沿海居民的生活密切相关。台风能否准确预报，是国内外很多学者长期关注的科学问题。台风的预报有两个关键，一是台风路径，二是台风强度。经过30多年努力，人类对台风路径的预测准确性提升了50%左右。台风的强度是由热量决定的，台风从海洋获得热量后，台风就会快速成长；台风一旦登陆，没有海洋给它提供热量，台风很快就会消亡。我们在台风预报模式中加入了浪致混合理论和飞沫过程，把一整年台风强度的平均预报精度提高了40%，这将有助于未来台风的防灾减灾工作。
    另一个案例是北京的极端降雨。2023年7月31日前后的北京周边极端降雨（称为7-31降雨）是北京过去140年以来最强的一次降雨。很多机构能够预报出会出现强降雨，但模式预报的降雨强度远低于实际观测。我们在预报模式中加入海浪飞沫，就能非常准确地预报出北京的降水强度。飞沫能够通过大气把水汽长途输运到内陆地区，甚至会影响全球降水格局。科学的进步能够使我们更准确地预测极端天气事件。
    中国环境报：如何更好地推动海洋与气候研究成果的共享？
    乔方利：共享科学研究成果特别重要，这也是国内外科学家一直呼吁的。科学家要有更多的数据才能更好地认识世界、更准确地找出规律。但在实际过程中，共享往往是有一定限度的。做观测需要花很多人力和财力才能获得相关数据。一条科考船出海观测，一天就需要20万元— 30万元。我们所组织的一次260多天的环球航行，花费近1亿元。要实现数据完全共享并不容易，很多现实的困难会阻碍科学数据的共享。
    为了突破共享数据和科学成果的困难，我们做了很多努力。我们在联合国“海洋科学促进可持续发展十年（2021—2030）倡议”（联合国“海洋十年”）框架下，率50余个国家发起并实施了“海洋到气候无缝预测”国际大科学计划，致力于不断提升海洋和气候的预测能力，也推动观测数据和高质量预报产品的国内外共享共用，使得整个人类社会从中受益。我国通过这样的国际大科学计划，体现大国的责任与担当。
    比大科学计划更高一层，是协作中心的成立。我们在联合国“海洋十年”框架下，成立了海洋与气候协作中心，负责协调全球海洋与气候预测领域系列国际大科学计划的实施，迄今全球共发起了56个国际大科学计划。联合国没有足够人力资源进行协调，就授权一些有能力的机构帮助“海洋十年”协调相关大科学计划，这是协作中心的主要职能。迄今为止，联合国“海洋十年”在全球范围内批准设立了8个“海洋十年”协作中心，我们中心负责全球海洋与气候领域的协调，是中国承办的唯一协作中心。经过短短两年的发展，已成为国际海洋与气候研究合作的重要平台。这也是我国在海洋与气候预测领域科技实力的体现。
    中国环境报：现在的海洋暖化一直在加速进展，如何采取措施应对海洋的暖化？
    乔方利：应对气候变化，从根本上讲需要减少温室气体的排放，争取本世纪末将全球平均升温控制在2℃之内；如果能控制在1.5℃之内最好，但实施难度极大。第二种方式是二氧化碳深海封存，科学家正在研发相关技术，把二氧化碳收集或捕捉后沉入深海海底。第三个方式是适应气候变化。目前看，海洋加速变暖仍在进行过程中。气候变暖了，降雨会变多还是变少？是不是每个地方都增暖，有的地方变冷有的地方变暖？气候变暖对哪些区域利大于弊？这都需要去深入研究，才能不断适应气候变化。
    中国环境报：现在公众对海洋的认知和理解程度如何？怎样提高公众的认识和理解？
    乔方利：全球公众对天气有更多的直观感受，因此就更关注大气的变化。很多生活在内陆地区的人甚至没有见过海洋，对海洋的认识和关注就会不足。即使一些有很好学术背景的人也不一定完全理解海洋和气候之间的关系。应对气候变化，需要让更多人了解气候变化的相关科学知识，科普在其中会起到非常重要的作用。在科普方面，我国还有很大进步空间，需要以公众喜闻乐见的形式，真正架起科学和公众之间的桥梁，这也是联合国“海洋十年”倡议中的一个重要理念。作为科研工作者，我们不仅要做研究，也要把研究成果转化为公众可以理解的知识，从而变成他们保护海洋、爱护海洋的行动，这对社会可持续发展非常重要。
    今年7月，我们协作中心与全球领先的科研出版和信息分析机构爱思唯尔（Elsevier）正式签署了谅解备忘录，致力于共同推进海洋气候研究科技突破、全球科研培训与科普教育、海洋与气候科技期刊发展等工作。备忘录签署后的第一次联合活动上，我们用爱思唯尔的直播平台进行海洋与气候变化的相关宣讲，上线听众超过13000人，包括领域专家、青年学者、甚至对气候问题关注的公众，这不仅是学术的共享和思想的碰撞，也起到了很好的科普作用。未来我们还将继续举办类似的科普活动，希望大家能够多关注。