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失踪的热量

神秘的“全球变暖停滞期”已经过去了16年，科学家们对此做了一种解释。

杰夫·托勒弗森

所有人都不知道的是，大气科学中的最大谜团可能在1997年年底开始：太平洋上空的热带信风开始轻微减弱，这些风将温暖的海水吹向印度尼西亚。当它们变弱时，温暖的海水又向南美回流，形成了一个被称为厄尔尼诺的壮观的现象。1998年，全球平均气温创下历史新高，随后全球变暖的脚步停滞不前。

几年来，科学家们一直将这种停滞视为气候系统中的噪音:大气、海洋和生物圈的自然变化，推动着全球的冷暖周期。但这种停滞仍在持续，引发了该领域的一场小规模躁动。尽管有跳跃和下降，平均气温自1998年以来几乎没有上升，这似乎违背了气候模型的预测和温室气体排放量的不断增加。气候怀疑论者抓住气温变化趋势作为全球变暖已经停止的证据。 与此同时，气候学家们知道，热量肯定仍在气候系统的某个地方积聚，他们一直在努力解释，如果热量没有进入大气层它将流向何处。一些人开始怀疑他们的模型是否有问题。

如今全球变暖的停滞进入第16个年头，科学家们终于在失踪的热量问题上取得了进展。一些人指出，太阳、火山甚至来自中国的污染都是潜在的罪魁祸首，但最近的研究表明，海洋是解释这种异常现象的关键。 最近的猜测是1997-98年的厄尔尼诺现象，它将大量的热量从海洋抽到大气中——也许足以使赤道太平洋进入一种长期的寒冷状态，自那以后，这种状态一直抑制着全球气温。

“1997年至1998年的厄尔尼诺事件是太平洋变化的导火索，我认为这很可能是全球变暖停滞的开始，”科罗拉多州博尔德国家大气研究中心(NCAR)的气候学家凯文·特伦伯斯说。根据这一理论，热带太平洋在未来几年应该会迅速摆脱长期的寒冷。“最终，它会转向另一个方向。”

• 鲜明的对比

在全球大气温度表上，这一间断与之前20年的快速变暖形成了鲜明对比。在2013-14年政府间气候变化专门委员会(IPCC) 对2之前的预估表明, 从1998年到2012年全球变暖的速度应继续以平均每十年0.21°C上升。然而,诺维奇英国气象局在埃克塞特和东安格利亚大学的气候研究中心在此期间观测到的速度只是每十年0.04°C。

模型间的差异和增暖停滞的最简单解释是自然变化。就像日常天气的冷暖交替一样，气候波动会使全球气温年复一年地上下波动。过去的气候记录显示，全球出现了一些持续时间较长的热浪和寒潮，气候模型显示，这两种情况都可能发生在温室气体影响下的全球变暖的时候。

但是IPCC进行的所有气候模拟都没有在这个特定的时间产生这样的停滞。这导致怀疑论者和一些科学家得出了一个有争议的结论:这些模型可能高估了温室气体的影响，未来的变暖可能没有人们担心的那么严重。另一些人则认为，这一结论与长期的温度趋势以及古气候数据相悖，古气候数据也被用来将温度记录扩展到遥远的过去。许多研究人员警告说，不要根据气候中相对短暂的变化来评估模型。剑桥麻省理工学院的气候学家苏珊bull;所罗门表示。“如果你对全球气候变化感兴趣，你主要关注的时间尺度应该是50到100年。”

但是，即使是那些对基础模式仍有信心的科学家也承认，要弄清楚今天正在发生的事情正面临着越来越大的压力。美国国家海洋大气管理局位于新泽西州普林斯顿的地球物理流体动力学实验室中的气候学家加布里埃尔bull;韦基表示:“几年前，你看到了这种停滞，但它可以被忽略，因为它完全在噪音之中。”“现在需要解释一下了。”

近年来，科研人员研究了各种各样的线索，主要集中在三个因素:太阳、大气气溶胶和海洋。太阳能量的输出在11年的循环中逐渐变弱，但在千禧年前后进入了漫长的平静期。自然的11年周期目前正接近其峰值，但它是一个世纪以来最弱的太阳活动高峰期。这有助于解释模型模拟间的差异和增暖停滞，其中包括自2000年以来太阳的能量输出高于地球。

平流层气溶胶粒子数量的意外增加可能是另一个使地球比预测更冷的因素。这些颗粒将阳光反射回太空，科学家们猜测，可能在过去16年里，小型火山或是中国的工业化向平流层注入了额外的气溶胶，从而降低了全球气温。

尽管一些人认为这两个因素是停滞的主要驱动因素，但过去几年发表的研究表明，它们的影响可能相对较小。例如，特伦伯斯根据卫星测量的进出地球的能量分析了它们的影响，并估计气溶胶和太阳活动只占了20%。这就把大部分空隙留给了海洋，海洋是巨大的吸热海绵。这时，目光转移到赤道太平洋上。

• 忽冷忽热

就在这一停滞期开始之前，赤道太平洋在1997年至1998年的厄尔尼诺期间变得异常温暖。厄尔尼诺引发了全球各地的极端天气，从智利和加州的洪水，到墨西哥和印尼的干旱和野火。但它结束的速度和开始的速度一样快，到1998年末，厄尔尼诺的姐妹效应拉尼娜作为一个标志，带有复仇情绪的冰冷海水回到了赤道东太平洋。更重要的是，整个东太平洋都陷入了一种凉爽的状态，这种状态一直持续到了今天。

这种被称为太平洋年代际振荡(PDO)的海洋温度变化，可能是停滞之谜的一个关键部分。这个周期每15-30年颠倒一次。在正相位，振荡有利于厄尔尼诺现象，厄尔尼诺现象会使大气变暖(见“变化无常的海洋”)。在太平洋东部和中部地区释放了几十年的热量后，该地区变冷，进入了PDO的负相位，倾向于拉尼娜现象，拉尼娜现象会带来凉爽的海水使地球变冷。研究人员在1997年发现了PDO模式，但直到最近才开始了解它如何与更广泛的海洋环流模式相适应，以及它如何有助于解释这种停滞。

2011年，由杰拉尔德·梅希领导的NCAR的一个研究小组报告说，在全球气候模型中加入POD模式会导致全球变暖在10年内出现规模上的突破，这是一个重要的发现。从停滞期的全球海洋温度数据揭示原因:在后续的研究中,NCAR的研究人员表明1988年之后更多的热量转移到深海中,这有助于防止大气变暖,在第三篇论文中,研究小组利用计算机模型记录了这一过程的另一面:当PDO切换到积极的阶段,它使海洋表面和大气升温,有助于推动几十年的迅速变暖。

去年，加州拉霍亚斯克里普斯海洋研究所的谢尚平和于小坂取得了重大突破。他们采取了不同的方法，用近几十年来赤道东太平洋的实际海面温度制作了一个模型，然后观察全球其他地区的情况。他们的模型不仅重现了全球气温的停滞期，还重现了一些标志着停滞期的季节性和区域性气候趋势，包括许多地区的变暖和北部较冷的冬季。

“那篇论文对我来说是一个启示，”位于维多利亚的加拿大气候建模与分析中心的气候模型专家约翰bull;费弗表示。但他补充说，这并没有解释一切。“它回避的问题是，是什么推动了热带地区的降温。”

同样在NCAR工作的Trenberth和John Fasullo对此进行了研究，他们通过风和海洋的数据解释这种模式是如何形成的。他们的研究记录了热带信风如何与拉尼娜联系在一起，将温暖的海水向西推进，最终进入海洋深处，同时促进了赤道东部地区冷水的上涌。在极端情况下，比如1998年的拉尼娜，可能会将海洋推入PDO的凉爽阶段。对历史数据的分析支持了这些结论，表明PDO的冷阶段与二战后几十年的低温相吻合(见“太平洋的全球影响范围”)，而暖阶段与1976年至1998年间全球气温的急剧上升相一致(参考文献4)。

纽约哥伦比亚大学的气候学家马克bull;凯恩表示:“我认为证据非常清楚了。”“它与气溶胶或平流层水蒸气无关;这是近十年来太平洋东部赤道地区温度下降的结果。

• 激烈的辩论

凯恩是第一个预测到目前太平洋降温的科学家，尽管当时还不清楚其影响。2004年，他和他的同事们发现，一个简单的区域气候模型预测了太平洋的暖化变化，这种变化始于1976年左右，当时全球气温开始急剧上升。就在后来，他们总结了自己的论文，作了一个简单的预测:“根据这个模型，预测1998年的厄尔尼诺现象结束了1976年后的热带太平洋的暖期”

这是一个异常准确的结果，但这项工作仍存在激烈的争议，部分原因是它是建立在仅关注赤道太平洋的部分气候模型的基础上。凯恩还认为，过去一个世纪的趋势是，西太平洋的气温相对于东太平洋的气温升高。他说，这为气候变暖导致拉尼娜的可能性打开了大门，并可能在未来继续帮助抑制全球变暖。他说:“如果这一切都是真的，那就是一个负反馈，如果我们不把它纳入模型中，他们就会夸大气候变暖。”

他的评估中有两个潜在的漏洞。首先，历史海温数据是出名的不精确，这使得许多研究人员对凯恩的论断提出了异议，他认为，赤道太平洋在过去的一个世纪中向拉尼娜状态移动。其次，许多研究人员在模拟中发现了相反的模式，该模型考虑了赤道太平洋以外的大气和海洋相互作用。由于全球变暖，这些现象倾向于显示出一种更像厄尔尼诺的趋势。据川伯斯说，这种差异似乎部分在于气候变暖如何影响太平洋地区的蒸发。他说，这些模型表明，全球变暖对相对凉爽的东部地区的气温影响更大，因为那里的蒸发增加了大气中的水蒸气，加剧了大气变暖;在温暖的西太平洋地区，这种影响更弱，因为那里的空气已经被湿气饱和。

科学家们可能很快就会检验他们的理论。目前，强劲的热带信风正将越来越多的温暖海水向西吹向印尼，助长了11月台风海燕等风暴，并推高了西太平洋的海平面;它们现在比东太平洋的高出大约20厘米。这一趋势迟早会不可避免地逆转。川伯斯说:“不可能一直在西太平洋堆积温水。“在水涨的很高的时候，只会倒流回去。”当这种情况发生时，如果科学家们是正确的，失踪的热量将再次出现，温度将再次飙升。

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