在2019年第3期《大气科学进展》（AAS）封面中，一只尾巴标有二氧化碳化学式的长生鸟，面向海洋，它目睹了人类活动所排放的温室气体引起的全球变暖的过程。射向海洋的火球和波光粼粼的红色表层海洋则表示不断增加的温室气体和地球系统不断累积的能量，这些能量将加热海洋、融化冰雪。
《大气科学进展》（AAS）2019年第3期封面
另外，这只神鸟不但博古通今，它还可预知未来，寓意着目前人类构建的气候模型在未来气候变化预估的能力是乐观的，是具有一定可信度的。
图（上）1958-2018年全球年均上层2000米海洋热含量变化。
（下）2018年全球海洋热含量异常值空间分布，该异常值是指相对于1981-2010年平均状态的变化。
由中国科学院大气物理所研制、同时联合美国圣-托马斯大学、美国国家大气研究中心、中国科学院海洋研究所、中国科学院海洋大科学研究中心、自然资源部国家海洋环境预报中心、河海大学和自然资源部国土空间规划局等单位共同发布的2018年海洋热含量数据显示2018年海洋升温又创新高：成为有现代海洋观测记录以来海洋最暖的一年(Cheng et al., 2019)。该结果于2019年1月份公布并发表在AAS 2019年第3期的新闻与观点栏目，题为2018 Continues Record Global Ocean Warming.
01
2018年是有记录以来海洋最热的一年
2018年整年的全球海洋热含量非常惊人！2018年全球上层2000米海洋热含量比去年我们在AAS公布的历史第二高2017年(Cheng et al., 2018)高出0.91×10^22焦耳——相当于中国2017年全年发电量的约388倍，广岛原子弹爆炸释放出能量的1亿倍，比1981-2010年的平均状态高了19.67 ×10^22焦耳。全球海洋热量升高的主要原因是海水温度上升，新的数据表明：上层2000米海水过去60年大约平均变暖了0.13℃，表层比深海变暖更剧烈。
02
2018年全球海洋热含量分布
热量分布在整个海洋中，其中大部分的海域热量都有所增加。南大洋（30°S以南）和太平洋的增暖比大西洋和印度洋更为显著。相对于1981-2010年间的平均态，南大洋和太平洋（30°S以北）的热量分别增加了6.91 ×10^22焦耳和5.97 ×10^22焦耳，而大西洋（30°S以北）和印度洋（30°S以北）的热量分别增加了4.95×10^22焦耳和1.84×10^22焦耳。由热量增长量的空间分布也可以清晰的看到一些气候系统内部变率。比如说，2018年赤道太平洋从年初的拉尼娜状态转变为弱厄尔尼诺状态，热量被储存在10°S至5°N的赤道区域，副热带北太平洋（5°N至15°N）出现海洋热含量负异常。印度洋从上世纪90年代开始出现快速的增暖，这与人类活动和太平洋年代际振荡有关。
03
气候模型预估气候变化的能力是乐观的
耦合模式比较计划5（CMIP5）模型集合平均可以非常好的模拟历史海洋变暖：1971-2010年间，CMIP5模拟的海洋上层2000米变暖为0.39 W m^-2，与最新的观测几乎一致。模型对过去情况的优秀的模拟效果极大提升了其对未来预估的可信程度。根据CMIP5模型预估，在RCP8.5情景下（假设未来不采取任何减排的气候政策），2081-2100年间，整个上层2000米海洋将平均变暖0.78℃（相对于1991-2005的气候状态）。在RCP2.6情景下（假设未来气候政策可以接近或达到《巴黎协定》目标），2081-2100年间海洋上层2000米将平均变暖0.4℃。如果利用全球海洋热含量的数据来回看1998年以来的变化，可以发现，海洋热含量序列里没有变暖停滞期。
04
不断创记录的海温给我们的生活带来什么？
更暖的海洋会造成海冰融化和加速冰架断裂；且海水温度升高的热膨胀效应贡献了目前海平面变化的三分之一，不断变暖的海洋将持续推升全球海平面，给沿海、低洼和小岛屿地区带来越来越多的气候风险；海洋是台风、飓风等极端天气的能量来源，IPCC第五次评估报告表明，未来台风会更强、降水会更多。2018年发生的台风“山竹”、飓风“莱恩”等是近些年最强或降水最多的台风之一，给登陆地造成了极大的经济和社会损失；由于海洋变暖和酸化，以大堡礁为代表的海洋珊瑚礁系统已经经历了连续三年大规模白化事件，根据刚刚发布的IPCC 1.5℃ 特别报告，如果全球变暖持续，本世纪末99%以上的珊瑚礁系统将白化消亡。珊瑚礁虽然只占了全球海洋面积的0.1%，但却是25%的海洋生物赖以生存的环境，是海洋中的“热带雨林”；更热的海洋会持续降低海水中的溶解氧含量，影响海洋生态系统，进一步影响人类利用海洋渔业资源。
05
全球海洋热含量数据
AAS
目前IAP公布的海洋热含量数据所用到的计算方法是被认可的全球最先进的海洋热含量计算方法。在新的时代背景下，数据开放和共享是国际潮流，国际各大机构都在推动形成地球科学数据共享新模式，其中也包括中科院系统。AAS也紧跟国际潮流，接收来自全球各地的数据描述类型文章，请问您的数据是共享的吗？您所看到的有关海洋热含量数据，还有哪些工作可以做呢？
我们的数据都是开放的，数据可在http://159.226.119.60/cheng/ 自由下载。另外，Argo数据是全球共享的数据，网址：http://www.argo.ucsd.edu，http://argo.jcommops.org。AAS和Science文章中所使用的数据是基于海洋上层2000米热含量数据, 海洋还有很多观测空白区以及一些Argo仪器暂时无法观测的海区。比如2000米以下的深海，建立2000m以下的深海海洋观测系统对完整的追踪海洋热量变化极为重要。此外还有边缘海、极地和近海区域，目前Argo网也无法进行有效观测，需要多源观测或更先进的Argo仪器进行弥补。最后，修复的历史数据也非常重要，如以前手写的、未被电子化的海洋温度观测。虽然历史数据具有可靠性问题，而且很难与标准化的现代观测相比较，但是，有数据已经是弥足可贵了！而且现在已有很多方法可以减少数据误差所带来的问题。
2017年成里京在地中海投放XBT测量场景：
XBT是过去海洋最主要的测温仪器之一
本文作者简介
成里京， 博士，中国科学院大气物理研究所
朱江，研究员，中国科学院大气物理研究所
John ABRAHAM, Professor, University of St. Thomas,
Kevin E. TRENBERTH, Doctor, National Center for Atmospheric Research
John T. FASULLO, Doctor, National Center for Atmospheric Research
张斌，博士，中国科学院海洋研究所，中国科学院海洋大科学研究中心
于福江，研究员， 国家海洋环境预报中心
万莉颖， 博士，国家海洋环境预报中心
陈幸荣， 博士， 国家海洋环境预报中心
宋翔洲，博士，自然资源部国土空间规划局
欢迎免费下载原文：
References：
1.Cheng, L. J., and Coauthors. 2017: Improved estimates of ocean heat content from 1960 to 2015. Science Advances. 3, e1601545c.
2.Cheng, L. J., and J. Zhu, 2018: 2017 was the warmest year on record for the global ocean. Adv. Atmos. Sci., 35(3), 261–263, https://doi.org/10.1007/s00376-018-8011-z.
3.Cheng, L. J., J. Abraham, Z. Hausfather, and K. E. Trenberth, 2019: How fast are the oceans warming? Science, 363 (6423), 128-129. doi: 10.1126/science.aav7619.
4.Cheng, L. J., and Coauthors, 2019: 2018 continues record global ocean warming. Adv. Atmos. Sci., 36(3), 249-252, https://doi.org/10.1007/s00376-019-8276-x.
5.Domingues, C. M., and Coauthors. 2008, Improved estimates of upper-ocean warming and multi-decadal sea-level rise. Nature, 453, 1090–1093.
6.Ishii, M., and Coauthors, 2017: Accuracy of the global estimated heat content in the upper ocean expected from the current observational data sets. Sci. Lett online. Atmos. 13, 163-167.
7.IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., et al., (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp, doi:10.1017/CBO9781107415324.
8.Resplandy, L., and Coauthors, 2018: Quantification of ocean heat uptake from changes in atmospheric O2 and CO2 composition. Nature, 563, 105-108, doi:10.1038/s41586-018-0651-8.
9.“科学有温度”公众号，魏科，《Science最新发布：海洋增暖加速！》
10.“IAP行云流水”公众号，成里京，《探寻全球变化“消失的热量”之谜》。
11.“大气和海洋科学快报”公众号，AOSL，大气所那个“捣鼓”海洋的年轻人——成里京。
12.<大气所官网>
（本文图除数据图和封面外，其余图片来源于网络，侵删）
特别感谢成里京博士对本文的修改指正！
【来源：中科院大气物理研究所】