上海
如果二氧化碳浓度增加一倍，到21世纪末，全球平均地表温度将升高多少摄氏度？近日，海南热带海洋学院教授、上海交通大学海南研究院客座教授马建等人在施普林格·自然集团期刊《npj气候与大气科学》连续发表两篇论文，就海表增暖型、云辐射反馈这两个与全球气候变化密切相关的问题提出了新理论范式。根据新范式测算，本世纪末全球平均地表温度将升高3—5℃。这个预测的不确定性较原有理论测算降低33%。
“升高3—5℃，对人类来说是个非常严峻的消息，意味着热浪、寒潮、台风、洪水、干旱等极端天气会越来越多。”马建教授说，“我们在治理气候问题上可利用的时间已经不多了，但令人忧心的是，美国政府的一系列做法对全球气候治理造成很大影响。”这些做法包括：退出《联合国气候变化框架公约》和政府间气候变化专门委员会（IPCC）；撤销美国环境保护署在2009年作出的“温室气体危害认定”；宣布将解散美国国家大气研究中心、拆分美国国家海洋和大气管理局。
美国国家大气研究中心梅萨实验室，建筑由贝聿铭设计。
马建解释，在全球气候变暖趋势中，海洋表面升温并非均一，而是在各个区域具有冷暖不同的形态，这种现象在学术界被称为“海表增暖型”。它会引起气候系统响应，包括大气环流、水汽、云、能量输运、台风活动以及辐射反馈等。在21世纪气候预估中，海表增暖型有很大的不确定性，海表增暖型的形成机制和云辐射反馈的涌现约束是重要的前沿研究领域。
今年1月发表在《npj气候与大气科学》的论文《单半球海气相互作用塑造南太平洋表面增暖和风场变化》报道了一项研究3年的成果，它颠覆了国际学术界普遍认可的跨赤道反馈的主导地位，提出新的单半球海气相互作用，来解释南太平洋海表增暖型和风速变化的形成机制。
在夏威夷大学攻读博士学位时，马建与他的导师、国际顶尖气候与物理海洋学家谢尚平教授一起发现了副热带南太平洋的相对冷却现象。这种现象背后的主导机制是什么？他们建议将“跨赤道风—蒸发—海温反馈”作为重点方向加以研究。此后，国际上有诸多研究工作采纳了这个建议，已证明蒸发冷却是引起海表增暖型的一个重要过程。
然而，在上海交大工作期间，马建与合作者发现起主导作用的并不是跨赤道反馈。他们从南北半球海温和风速的解耦现象出发，利用南太平洋海盆外的格林函数实验，颠覆了“跨赤道风—蒸发—海温反馈”机制在这个区域起主导作用的理论假说。他们提出的新机制名为“单半球倾斜风—蒸发—海温反馈”。以均匀增暖和直接辐射效应为激发点，发现南太平洋副热带高压向南迁移与增强，引起风速增强从而初步冷却海表。这个冷却信号向赤道方向传播，在传播过程中，源自海表的大气冷却在中上层受到绝热加热的阻挡。于是，中高空冷信号引起的海平面气压升高，与海表冷信号出现了约90度的南向相位差，从而形成“冷而又冷”的海气正反馈。
单半球倾斜风—蒸发—海温反馈机制示意图
在构建气候变化动力学新理论的基础上，马建与合作者瞄准气候变化领域最前沿的科学问题——全球云反馈的根本特性和涌现约束，提出了“比例暖者更高”的新理论范式。这项耗时6年的研究成果，今年2月发表在《npj气候与大气科学》上。
据介绍，云对地球辐射平衡有显著影响，并随着地表变暖而发生复杂的变化。由此引发的云辐射反馈，是未来气候预测中最大的不确定性来源。在21世纪气候预估中，海表增暖型有很大的不确定性，对云辐射反馈的不确定性有至关重要的影响。这篇论文揭示：海表增暖型驱动了热带云量的百分比变化，从而导致云高变化。基于这一发现，论文提出了“比例暖者更高”范式，并构建了基于空间型的百分比分析框架，识别出主导云反馈的关键因子。
约束后的海表增暖型（B）和云辐射反馈：（A）水平分布与（C）全球平均值
在此基础上，研究团队建立了一个针对模式预估的21世纪云反馈的涌现约束方案，开发了不确定性归因程序和面向过程的两段式机制。得到的全球云反馈为0.49±0.27W m⁻²K⁻¹，将模式间不确定性降低了59%。继而，根据地表增温与云反馈的强相关关系，利用约束后的反馈值，将气候敏感度的不确定性降低了33%。
这项研究最终预测，二氧化碳浓度加倍后，全球平均地表温度达到平衡时的暖化值为4.08±0.97℃。
原标题：《我国科学家提出气候变化新范式，预测本世纪末，全球地表温度升高3—5℃》
栏目主编：黄海华
来源：作者：解放日报 俞陶然
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