复旦通识·全球变暖|袁嘉灿:全球变暖会让桑田变沧海吗?
发布时间:2020-06-23

原标题:复旦通识·全球变暖|袁嘉灿:全球变暖会让桑田变沧海吗?

【编者按】自上世纪90年代以来,相关全球变暖的争吵愈演愈烈,至今已经成为一个主要的政治与生态话题。“复旦通识”结构“全球变暖”系列,邀请差别高校相关学科的教师撰文,从各自的专科周围与学术有趣起程,围绕全球变暖这一席卷国际政治和社会舆论的壮大公共议题,进走差别角度的不益看察与商议,思考“人类命运共同体”将如何面对这一能够即将席卷全球的危境。以下是复旦大学大气与海洋科学系青年钻研员袁嘉灿的文章《全球变暖会让桑田变沧海吗?》。

图片来源:Unsplash,作者:Giga Khurtsilava 和 Muzammil Soorma

经济全球化和高速发展的科技使人类之间的相关越来越厉密。全球变暖,如同近来爆发的新冠疫情相通,是吾们居住在地球上的每一位公民必要共同面对的壮大题目。一方面吾们现在面临的全球变暖是由人类活动引首:与工业革命前相比,现在由人类引首的全球平均气温上升已达1℃旁边。另一方面,全球变暖正以前所未有的速度转折着吾们共同生存的环境,给人类社会的可不息发展带来庞大的挑衅。所以吾们全人类行为一个“命运共同体”正处在一个史无前例的实验中,每幼我的走为都能够成为因子而影响最后实验的效果。在人类与全球变暖的博弈中,海岸线是一个主要的阵地。大陆和岛屿边缘延绵的海岸线不光坐落着多多荣华的大都市,是主要的经济与人口居住带,而且还有风景旖丽的沙滩、生态多样的湿地、物产雄厚的农田等,在民生、经济和生态环境方面都具有举足轻重的作用。然而,已有足够的证据表现全球变暖会让全球大片面区域的海平面上升。海平面上升会给沿海地区的社会、经济和环境带来庞大的危害:最先,海平面上升会占有沿海矮地,使海岸线退守。在这栽情况下,许多沿海而建的城市或者旅游景点会反复经历由潮汐带来的洪水或悠久被海水占有。其次,海平面上升会添强风暴引首的潮水倒灌,从而对沿海区域的基础设施、人们的生命和财产造成庞大亏损。再次,海平面上升会使沿海土壤和地下水盐渍化,损坏湿地和农田的环境,从而损坏生态多样性和农业产量。所以,如何答对海平面上升带来的危害,必要吾们更益的认知海平面上升,从而挑高展望异日海平面转折的能力。

睁开全文

图1 驱动海平面转折的各个因素。其中蓝色标识为全球平均海平面转折的驱动因素(海水添温膨大、高山冰川、格陵兰岛和南极的冰盖、地下水等”),黄色外示为区域海平面转折的驱动因素(包括海外风、海洋环流、沉降、腐蚀、地壳和地幔回弹、引力等)。>号代外这些驱动因素对海平面影响的时间尺度。添号代外的是科学钻研对这些过程晓畅的程度。(图片源自《IPCC稀奇通知》)

海平面上升的近况

从1901年以来,全球平均海平面(Global Mean Sea Level, GMSL)正在添速上升:1901-1990年间上升的速率约为1.4毫米/年,1970-2015年间约为2.1毫米/年,1993-2015年间为3.2毫米/年,而2006-2015年间约为3.6毫米/年(数据源自《IPCC稀奇通知:气候转折下的海洋和冰冻圈》,此后简称《IPCC稀奇通知》)。驱动GMSL上升的因为有许多(图1中蓝色标记的驱动力),主要包括海洋水体被添炎之后而发生的炎膨大,陆地上的淡水注入,以及由于格陵兰岛和南极的冰盖以及高山冰川受炎溶解而注入到海洋中的淡水。那么北极海冰近些年的溶解是否也会对GMSL上升有贡献呢?答案是否定的。海冰漂浮在海面上,排开的海水体积和融化成水后的体积相称,所以海冰溶解并不会引首GMSL上升。在1993-2015年间,GMSL提高约7厘米,其中海水添温膨大的贡献大致为40%,高山冰川融水的贡献大致为18%,格陵兰岛和南极的冰盖融水的贡献大致为24%。可见在现在的添暖幅度下,海水添温膨大和冰川冰盖溶解在GMSL上升中都有主要贡献。

既然海平面的全球平均呈集体上升趋势,那么各个区域的海平面转折会不会都是上升的呢?其实各区域的海平面表现的转折与GMSL的转折差别较大。在北欧一些国家比如芬兰,区域海平面在近些年来都是呈逐年消极的趋势。而有些国家比如中国沿海海平面的上升速率高于同期全球平均程度,在1980-2017年速率约为3.3毫米/年,1993-2017年速率约为4.1毫米/年(数据来自王慧等2018《海平面转折钻研挺进》)。这是由于区域海平面的转折除了受海水添温膨大和冰川冰盖溶解的影响外,还受到许多复杂的局地因素的影响(图1中黄色标识)。在逐年的时间尺度上,海形式的风和海洋内部的环流是导致区域海平面转折的主要因素。而在更长的时间尺度上,其他因素也同样发挥偏主要的作用。二十世纪以来,有些河流入海口处的冲积平原处,如美国路易斯安那州的密西西比河三角洲,区域海平面上升的幅度比全球海平面上提高几倍。这是由于这些区域多为河水携带的泥沙在入海口沉积而成,而这些沉积物由于重力的作用会逐渐下沉而使区域的相对海平面上升。而近年来人类太甚挖掘地下水以及从某些泥沙岩石中挖掘当然气和石油等也添速这栽上升。与之相背,有些区域的海平面却呈消极的趋势。如高纬地区的冰川冰盖溶解之后会削弱对周围海水的引力,从而使临近区域的海平面消极,并使较远区域的海平面上升。同时,陪同着冰川冰盖溶解,地壳和地幔由于承受的压力减幼而“回弹”,固然专门缓慢,但也会引首回弹地区的相对海平面消极。在这么多的因素共同作用下,区域海平面转折也远比GMSL转折更为错综复杂。

图2 全球平均海平面转折1900-2005年间的不益看测荟萃和2016-2100年间在RCP2.6与RCP8.5两栽情景下的预估荟萃(左图)。沿海四栽群体(沿海大城市、城市化的珊瑚礁岛、炎带河口三角洲大型农业区、和北冰洋沿岸的原住民群体)不采取任何答对措施与最大程度采取答对措施所面临的海平面上升带来的风险(右图)。(图片源自《IPCC稀奇通知》)

异日的海平面上升

前线挑到海平面上升会给沿岸的民生、经济和环境都带来了庞大的要挟。倘若吾们能展望海平面的异日转折,则能为差别级别的决策者争夺更多的时间来答对这些要挟,将亏损减幼到最矮。预知异日在科技高速发展的今天已不再是神话。而使科学家们具有预知异日能力的超级武器则是全球耦相符模式。浅易来说,全球耦相符模式就是行使计算机程序来构造一个虚拟的地球气候编制,定量地模拟地球上各个构成片面(如大气、海洋、海洋中的生仙逝学过程、冰、陆地形式以及植被等)以及它们之间的相互作用随时间的演变。现在全球有几十个钻研中央在发展和运走全球耦相符模式。差别中央的模式之间固然分享片面中央的成分却操纵差别的程序和手段来描述地球气候编制的多多内部过程,所以它们产生的对异日气候转折的展望效果也有所差别。1995年世界气候钻研计划(WCRP)耦相符模拟做事组(WGCM)发首了国际耦相符模式比较计划(CMIP),将差别模式中央发展的这些模式结构首来,让它们完善指定的模拟试验,然后经过检测这些模式试验效果的概率分布来得到气候转折能够发生的周围。现在CMIP已发展到第6代,但由于CMIP6中很无数据还在发外当中,现在的展望多基于CMIP5中的模拟效果。在这些指定的模拟义务中,联系我们有一项义务是请求各个模式模拟与几栽指定的社会经济发展情景相对答的人造因素所带来的异日气候转折情景。这项义务在第五代CMIP(CMIP5)中被称为典型排放路径试验(RCPs)。其中RCP8.5代外的是人类照样遵命现在的手段任意操纵化石燃料从而不息排放大量温室气体的情景。在这栽情景下,全球变暖会添剧,在本世纪末全球平均地外气温上升超过4℃。而与之相背的是RCP2.6,即人类尽最大的辛勤缓减温室气体的排放,从而使温室气体的浓度在本世纪中页达到峰值随后消极的情景。这也是在这项义务中唯一能够把全球平均地外气温限制在2.0℃ 的情景。与1986-2005年平均相比,基于CMIP5模式荟萃预估的GMSL在本世纪末将上升的能够周围在RCP2.6情景下约为0.29-0.59米,而在RCP8.5情景下将达到0.61-1.1米(数据源自《IPCC稀奇通知》图2)。其中对本世纪末海平面上升幅度预估的不确定性大片面来自于南极洲的大陆冰盖。

格陵兰岛和南极洲的大陆冰盖是地球形式除海洋之外的最大“水库”,所包含的冰倘若一切融化将使GMSL上升65米。原形上,在近来的百万年来,GMSL的转折主要来自于冰川周期相关的大陆冰盖的添长和消逝。固然至今为止,两极冰盖对工业革命来GMSL上升的贡献还幼于海水受炎膨大的作用,不益看测外明,在现在全球变暖下,格陵兰和南极的冰盖在近来30年来都在添速削减。在RCP8.5情景下,至本世纪末,两极冰盖的质量转折将成为引首GMSL上升的主导因素,其中南极冰盖在保守推想下将使GMSL上升0.03-0.28米。由于现在对于冰盖动力学过程的意识不能亲善候模式中极地地区对于全球变暖的高敏感度,预估异日南极冰盖的质量转折存在很大的不确定性。这栽不确定性随着全球添温的进程而添剧,成为活着纪时间尺度上实在展望GMSL转折的最大挑衅。西南极地区的冰盖大都坐落在向冰盖内部倾斜的海床上,受冰盖动力学的内在担心详机制影响,一旦退守至某临界点后,将发生不能反转的崩塌,使GMSL上升4.5米,对全球沿海地区造成不能估量的亏损。比如这栽大幅的GMSL上升能够会让大片面上海地区都处于海平面之下。古气候证据也间接声援这栽能够性:11.5-13万年前的末次间冰期,全球平均地外气温与现在大致相当,但由于两极的冰盖体积削减,GMSL比现在高6-9米,其中3-6米能够由南极冰盖贡献。现在气候钻研中急需解决的一个题目是:在现在全球变暖的趋势下,西南极冰盖的崩塌是否已经不能避免?倘若这一临界点还未到达,人类必要采取怎样的减排措施才能不准不幸性海平面上升的到来?

由于海平面转折的空间不均一性,探讨海平面上升的影响和响答对策都需将异日海平面的展望详细到各地区的区域海平面。这边必要综相符考虑之前挑到的各贡献因子在异日全球变暖进程中的转折。区域海平面的展望固然专门复杂,但已有钻研框架将这些因子整相符首来,得到详细到各沿岸地区的异日海平面在差别全球变暖情景下的概率分布。在这栽展望构架下,全球气候模式能够被用来展望与海水炎膨大、洋流等相关的海平面转折,并为展望山地冰川和两极冰盖质量转折的模型挑供气候条件边界场;地外水存储、地下水及油气挖掘相关的海平面转折能够用浅易的经验模型来近似;冰盖、冰川质量转折造成的引力场扰动也已有较成熟的数值模型;而对于地壳行动等缓慢的地质过程,浅易的将历史趋势线性外推至异日1-2个世纪也是相符理的方案。行使如许框架的钻研展现,世界各沿岸地区的海平面转折趋势有很大差别,而影响各地区的主导因子也不尽相通。例如,尽管全球海平面上升,由于末次冰期后的地壳反弹,北欧沿岸地区海平面在本世纪内还能够不息消极;而在吾国沿岸地区许多经济发达的城市均位于河流入海口的冲积平原上,在沉积物实化、地下水超采等因素作用下,将经历较全球平均程度更快的海平面上升。

图3 沿海答对海平面上升的情形:(a)不采取任何措施;(b)填海造陆;(c)修筑防护设施;(d)向陆搬迁;(e)经过提高等手段来体面;(f)海岸带生态珍惜与修复。(图片源自《IPCC稀奇通知》)

答对海平面上升的一点思考

在海平面上升的要挟下,吾们有若干能够的答对方案,其中一些已经在操纵中。一些沿岸矮凹地区,包括荷兰、新添坡、及吾国的上海、香港等,采取填海造陆等手段扩大陆地面积。在上世纪几次台风带来的风暴潮引发洪涝灾难后,上海、浙江等东南沿海地区多次添建、添固沿岸堤坝,其中上海黄浦江沿岸设施已可招架千年一遇事件。还有一类策略是,在沿海地区的新添建筑和基础设施的时候事先考虑在其操纵寿命期内的海平面上升幅度,正当将基础添高。另外,恢复一些沿岸的当然生态编制,如湿地和珊瑚礁等,以行使其对风暴潮的缓冲和对沉积物的安详固化作用,也可成为高效、经济的答对方案。钻研外明采取这些主动答对措施将隐晦降矮海平面上升给经济发达人口多多的沿海城市、海岛带来的风险(图2)。而反之,倘若不采取答对举措,沿岸洪涝、风暴潮等频发将增补生命财产亏损风险,导致经济败落,促使居民自愿的迁徙至其他地区。这栽表象已经反复展现,例如在2005年卡特里娜飓风后,美国新奥尔良的人口在两年内缩短约40%,之后虽经历缓慢回升,但至今只恢复到飓风前程度的85%。

区域性的答对方案固然能够解决年代时间尺度上海平面上升的千钧一发,但倘若全球添温得不到限制,大幅海平面上升将超出人类能够答对的周围而造成不能反转的效果。即使温室气体浓度在本世纪内达到峰值后不再添高,已经添暖的大气和海洋将会使两极冰盖在之后几百年里不息溶解,至2500年能够使全球平均海平面上升5米以上。现在的多多沿海都市届时将不复存在。所以吾们生活在“地球村”里的每一位村民,在海平面上升的要挟眼前,已然成为了一个命运共同体。只有在全球的协同辛勤下,节能减排,倡导矮碳生活,吾们才有能够限制全球变暖,避免不幸性海平面上升的发生。

致谢:专门感谢复旦大学大气与海洋科学系陈长霖青年钻研员和赵卢伟走政副系主任给予的珍贵提出,对本文的完善很有协助。

本专栏内容由复旦大学通识哺育中央组稿。

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