海洋：氣候變化的“引擎”

譚　天

自20世紀后半葉，全球氣候變化就受到人們的關注，特別是90年代后，全球氣候變化開始影響到千千萬萬人的生活，于是，關注全球氣候環境變化的呼聲越來越高，以至于呼吁開展國際合作，共同應對全球氣候變化。全球環境為什么會發生變化?全球環境變化受哪些因素影響?全球環境變化有沒有規律性的東西可循?我們應當采取哪些對策?這諸多問題是我們必須認真加以探討的。

地球外圈：大氣圈，水圈，巖石圈、生命圈

在人們關注地球環境，關注全球氣候變化的時候，不妨先了解一下我們居住地球外圈的結構，從而更容易理解地球環境的變化。科學家研究證明，人類居住的地球外圈由四部分組成，即大氣圈、水圈、巖石圈、生命圈。科學家相信，在地球的內圈，有地幔圈、外核液體圈、固體內核圈，在地球外圈和內圈之間，還有軟流圈等，所以，地球有8個圈。不過，地球的內圈構造只是科學家們的猜想。

大氣圈，是指包裹在地球表面之外的大氣層?？拷厍虮砻娴臑閷α鲗印α鲗拥暮穸葟暮Ｆ矫嬷辽霞s10.5千米。由于受到太陽的照射，對流層能大量吸收紅外熱能，地球表面緯度不同，受熱不均勻，在地球表面形成高壓帶和低壓帶。同時，因為受熱，大量吸收地面上的水氣，并使地表溫度升高。由于對流層氣圈內含有大量的水氣，受地域、溫度和壓力差異等因素影響，含有大量水氣的混合氣體又隨區域、高度和季節變化而變化，形成地球特有的水氣循環：平流層是在對流層上至50千米的高度。平流層與對流層有所不同，這里水氣極少，而臭氧極為豐富，能大量吸收紫外線。目前，人們已經對對流層和平流層中的一些天然物質和人工物質的互相作用以及循環過程有了較詳盡的了解。與此同時，逐步認識大氣環流、洋流系統以及了解云、降水的形成，大氣混合過程和太陽輻射收支變化的規律。當然，充分認識和了解大氣化學及其對氣候的影響作用也是科學家們最為關注的課題。

水圈，是指地球表面水的總稱。在水圈里，海洋占據了它的絕大部分——地球表面的70.78％被海水覆蓋著。海洋作為水圈的重要組成部分，與大氣圈、巖石圈以及生命圈，相互依存，相互作用，在全球環境與氣候變化中扮演了至關重要的角色。其主要表現：海洋是水循環主要推動力，它提供了影響地球環境的絕大部分濕氣，如果沒有水圈，或者說沒有海洋，地球將會和太陽系其他星球一樣到處彌漫著二氧化碳，酷熱難耐，一片干涸。地球水循環的形成，是因為海水在接受太陽光的照射后，其照射強度不同，形成氣溫、氣壓的差異，太陽的照射激活了水體的表面，從而形成了洋流和海浪，形成了大氣環流。海洋影響全球氣候的唯一方式是將熱量輸送到不同地區，可以說，不依靠空氣，海洋也能把熱量從低緯度輸送到高緯度。洋流為地球輸送了熱量、氧氣、營養鹽，為動植物生命的誕生與繁衍提供了條件。

海氣相互作用：厄爾尼諾、沃克環流，南方濤動

要了解全球氣候變化的基本特點，就要深入了解海—氣邊界上的物理、化學變化的過程。在海一氣邊界層面上，大氣賴以維持其循環的絕大部分的熱能來自于海水，來自水氣的凝結。也就是說，它是海水受到熱輻射蒸發形成水氣而發生的。而這些氣體的濃度，在很大程度上取決于海水的鹽度、溫度、氣壓等條件。

1997～1998年，發生了強烈的厄爾尼諾現象。這種天氣異常變化至少已經有5000年的歷史，大約每隔2～7年發生一次。南美洲西海岸地區原屬干旱型氣候，但在圣誕節到夏季來臨之前，卻一反常規，雨量激增。異常天氣的出現，導致冷水性魚類銳減，漁民蒙受巨大損失。地處南美洲西海岸的秘魯對此感受優為明顯?？茖W家觀測到，每當厄爾尼諾發生的時候，秘魯外海水域海水溫度意外升高了。這便是海水溫度對氣候影響最典型的證據。

科學家還發現，厄爾尼諾的出現與消失，又是一個被命名為“沃克環流”的大氣環流圈變化的結果。“沃克環流”是由英國氣象學家吉爾伯特-沃克于1923年首先發現的。當年，在太平洋西部的印度尼西亞附近出現低氣壓區，而在太平洋東部靠近南美洲附近地區，則存在一個與之對應的高壓區。這樣的東高西低氣壓分布，非常有助于信風自東向西流動，并帶動赤道洋流向同一方向流動，將大洋表層的溫暖海水，帶向印度尼西亞地區，使這一海域形成巨大的“暖池”。高溫“暖池”形成，便產生了上升氣流。與此同時，從東邊吹過來的信風，剛好補充該地區由于產生上升氣流后出現的空間。所以，空氣在低空由東向西流動。但是在高空，情況正好相反，氣流是由西往東反向流動，至使赤道太平洋東部較冷水域在上空發生沉降，形成東西向的環流。沃克的這個發現，被人們命名為沃克環流。

然而，在有些年份，情況也會發生變化，出現西高壓，東低壓的異常情況。已經盛行的信風，由此減緩，甚至會停止。于是，發生了自西向東逆向運動的情況。此時的赤道洋流，也跟著變化，隨之減弱，或是改變其方向?！芭亍敝械暮Ｋ_始向東流動，加大了南美洲沿岸暖流的深度，抑制了秘魯寒流的上升，于是表層海水溫度出現升高的情況。結果是，該海域的魚類和其他海洋生物無法獲得寒流攜帶的營養鹽生物群，勢必造成冷水性魚類的減少。大氣也隨之發生變化，海面上空向南移動的空氣開始變暖，同時，給南美帶來大量水氣，降雨量增加，南美沿岸地區暴雨成災。當地人的直接感受是，厄爾尼諾發生了。

有時候，在太平洋西部地區，也會發生低壓區的氣壓會進一步下降，而東部的高壓區的氣壓再度升高。受其影響是，信風和赤道洋流的流動速度加快。赤道洋流帶去的暖溫氣體，使得當地暴雨成災。結果是南亞地區洪水泛濫。而更為讓人感到困惑的是，南美地區出現旱災天氣。這種現象，被科學家稱之為“拉尼娜”現象。事實上，“尼爾尼諾”現象是包括與之相反的“拉尼娜”現象在內形成的較長氣候變化周期的一部分。所以，科學家將整個周期叫做“厄爾尼諾一南方濤動”。氣壓分布的這種周期性變化，被稱之為南方濤動(ENSO)。

更為有趣的是，在大西洋的北部，人們發現另一個北大西洋波動的循環，就是北極濤動(AO)。北極濤動是發生在北極和大約北緯55。地區之間的地面大氣壓力的周期性變化。位于北緯55。的地區有美國的阿拉斯加洲的南部、蘇格蘭的格拉斯哥和俄羅斯的莫斯科等。在北極上空處在高壓時，北緯55°就會出現低壓，反之亦然?？茖W家還無法找到發生北極濤動確切的原因，但是，它的發生與海面溫度的變化有直接關系。海洋影響氣候取決于海水運動和海水的溫度。因為海水具有很高的熱容

量。今天，不論是厄爾尼諾的發生，還是拉尼娜現象的出現，人們都無法進行有效預報。這證明，人們對海氣相互作用的機理還在探索之中。

環境憂慮：溫室效應，海平面上升，災害頻發

人們關注厄爾尼諾的另一個理由是，在厄爾尼諾發生之后，赤道太平洋海域的二氧化碳要比正常年份增多了許多。顯然，在赤道太平洋表層與大氣之間所發生的二氧化碳的自然交換動態平衡被打破了。這種交換失衡，可能更有研究價值。特別是在赤道附近的廣闊海域，由于地理條件特殊，這一海域可能是二氧化碳最重要的排放源頭之一。

那么，為什么在發生厄爾尼諾期間，這一海域排放二氧化碳要比平時多呢?科學家的解釋是，這個地區由于溫度差或者洋流分岔等原因造成了海水上升流，把含有豐富的二氧化碳海水，帶到洋面表層水域，在洋面上進行自然交換。通常這種自然交換是勻衡的。然而，在發生厄爾尼諾期間，上升流明顯減弱，因而二氧化碳的自然交換也相對減少。其減少幅度很大，大約為30％～80％。二氧化碳是溫室效應的主要氣體之一；海域出現超量的二氧化碳，這一趨勢是非常值得關注的。因為，海水中的二氧化碳含量變化，對大氣中的二氧化碳含量的改變有著顯著影響。

在過去的半個多世紀中，大量的溫室氣體——二氧化碳、甲烷、氮氧化物、氯氟烴被排放入大氣層，形成了科學家們稱之為“溫室效應”。據聯合國氣候變遷專業組的調查報告稱，近半個世紀，全球溫度比工業化前增長了0.6℃，如果按現在人們向大氣排放廢氣的速度繼續增長，再過50年，溫室氣體的濃度將達到前工業化時期的兩倍以上，這將導致全球平均氣溫升高2.5℃。陸地氣溫可能升高達4℃。這個升溫幅度，看起來并不算大，但是，這個升幅可能超過數百萬年以來地球氣溫變化的任何時期。不要忘記，當年地球氣溫升高4℃，導致了整個冰河時代的結束。

溫室效應的另外一個有害結果是，地球南北極的冰川融化，造成的海平面增高。有學者稱，北極的冰川將消失50％，南極的冰蓋也在大面積的消融之中。全球氣候變暖，對生命的影響是巨大的。如果人們不采取措施，在未來的數十年中，極端氣候可能會增加，暴風雨、洪水、干旱、沙塵暴、海嘯、海岸決堤、海水入侵、森林枯死，糧食減產等將發生在人們的面前，農業面臨巨大危機、全球經濟有可能出現崩潰的危險。

那么，在面臨全球氣候變暖，溫室效應不斷威脅到人們的正常社會生活時，除了嚴格控制大量使用化石燃料，減少有害溫室氣體的排放之外，海洋所能發揮的巨大自然作用是不能低估的。海洋對氣候的影響主要表現在全球熱量的分配、水循環中的作用，以及通過水體和海洋中的動植物調節二氧化碳的吸收與排放。在地球熱量分配方面，海洋的熱儲量比大氣層大千余倍。海水的物理性質，使得海水能儲存太陽輻射對地球產生的大部分熱量，并通過洋流、熱鹽流，在赤道與極地之間，進行著熱量的重新分配。同時，海水的熱慣性又可減緩一個氣候系統向另一個氣候系統轉變的速度。

當然，海洋對氣候的影響是相互的。不可否認，氣候的變化，反過來也會對海洋產生影響，主要反映在氣候在海洋物理、生物和地球化學特征的影響，從而導致了海面水溫升高、海平面上升、海洋酸化、海洋生態系統退化和海岸帶極端災害事件的發生。而海洋對全球環境的影響，則主要表現在對大氣、水源、土壤、生物等環境要素作用，以及氣候變化、臭氧層耗減、生物多樣性保護、土地干旱沙漠化的影響等。由于這些自然特征的存在，近半個世紀以來，各國科學家在研究全球環境問題的同時，格外關注海洋對環境的影響，早先是關注海氣相互作用的一般性機理，而后則更加關注海氣相互作用的規律性的研究。(文章代碼：2014)

責任編輯龐云