普林斯顿大学(Princeton)研究人员牵头的一项新研究发现，在过去30年里，海水温度和海洋酸化程度已经攀升至超出人们预期的水平，而这仅仅是自然变化的结果。与此同时，气候变化的其他影响，比如调节地球碳和氧循环的海洋微生物活动的变化，将需要几十年到一个世纪的时间才能显现出来。该报告于8月19日在线发表在《自然气候变化》杂志上。
该研究着眼于海洋的物理和化学变化，这些变化与人类活动导致的大气二氧化碳上升有关。“我们试图解决一个关键的科学问题:什么时候、为什么以及如何才能检测到比我们预期在全球海洋中看到的正常变化更重要的变化?”普林斯顿大学大气和海洋科学(AOS)项目的博士后研究员莎拉·施伦格说。
该研究证实，在现有的30年观测记录中，直接与大气二氧化碳增加有关的结果已经出现。其中包括海洋表面变暖、酸化以及海洋从大气中吸收二氧化碳的速度加快。
相比之下，通过气候和海洋环流的逐渐改变而间接导致大气二氧化碳增加的过程将需要更长的时间，从30年到一个多世纪。这些变化包括上层海洋混合、营养供应和海洋动植物中碳循环的变化。
“这项研究的新之处在于，它为海洋变化何时发生提供了一个具体的时间框架，”乔治j马吉(George J. Magee)退休的地球科学与地质工程教授乔治萨米恩托(Jorge Sarmiento)说。“一些变化需要很长时间，而另一些变化已经可以检测到。”
施伦格说，海洋通过吸收大气中多余的热量和碳，为地球提供了一种气候服务，从而减缓了全球气温上升的速度。然而，这项服务带来了一个惩罚——即海洋酸化和海洋变暖，这将改变碳在海洋中的循环并影响海洋生态系统。
酸化和海洋变暖会损害海洋微生物，这些微生物是海洋食物网的基础，为渔业和珊瑚礁提供食物，产生氧气，并有助于降低大气中二氧化碳的浓度。
这项研究的目的是将与人为气候变化有关的海洋变化从自然变化中筛选出。气候的自然波动可以掩盖海洋的变化，因此研究人员研究了什么时候的变化会如此剧烈，以至于它们会在自然变化之上脱颖而出。
气候研究通常分为两类，建模和观测——一类是分析对真实地球的观测结果的科学家，另一类是利用模型预测将会发生什么变化的科学家。施伦格说，这项研究利用气候模型做出的预测，为观测工作提供信息，了解可能发生的变化，以及何时何地寻找变化。
研究人员进行了建模，模拟未来可能的气候状态，这些状态可能是由人为造成的气候变化和随机事件组合而成。这些实验是用地球系统模型进行的，地球系统模型是一个具有相互作用的碳循环的气候模型，因此可以同时考虑气候和碳循环的变化。
美国国家海洋和大气管理局(NOAA)位于普林斯顿的地球物理流体动力学实验室的海洋碳建模活动负责人John Dunne推动了地球系统模型的使用。除了莎拉·施伦格(Sarah Schlunegger)和乔治·萨米恩托(Jorge Sarmiento)之外，普林斯顿大学的研究团队还包括原子轨道系统高级地球系统建模师理查德·斯莱特(Richard Slater)，以及韩国釜山国立大学(Pusan National University)原子轨道系统研究海洋学家凯斯·罗杰斯(Keith Rodgers)。该研究小组还包括伯尔尼大学(University of Bern)教授、普林斯顿大学(Princeton)前博士后托马斯·弗洛利彻(Thomas Frolicher)和日本气象厅(Japan Meteorological Agency)的石井正雄(Masao Ishii)。
这一发现表明，海洋观测项目应该在未来几十年里保持下去，以便有效地监测海洋中发生的变化。这项研究还表明，海洋中某些变化的可探测性将受益于改进目前的观测取样战略。这包括深入海洋寻找浮游植物的变化，捕捉夏季和冬季的变化，而不仅仅是海洋大气二氧化碳交换的年平均值。
施伦格说:“我们的研究结果表明，许多类型的观测工作对我们理解不断变化的行星以及探测变化的能力至关重要。”这些包括连续测量的时间序列或永久位置，以及区域取样计划和全球遥感平台。
该项目由NASA地球科学部赠款(NNX17AI75G)和NOAA赠款(NA17RJ2612、NA08OAR4320752和NA11OAR4310066)资助。来自韩国釜山基础科学研究所和瑞士国家科学基金会的额外支持。
这项名为“海洋碳循环中人为信号的出现”的研究发表在2019年8月19日的《自然气候变化》杂志上。DOI: 10.1038 / s41558 – 019 – 0553 – 2
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