20世纪初,海洋发生了奇怪的事情。北大西洋和东北太平洋地区的温度似乎是全球平均水平的两倍,而西北太平洋地区则在过去几十年里逐渐变冷。大气和海洋模型在解释温度变化的这些差异时遇到了麻烦,导致了气候科学的一个谜团:为什么20世纪初海洋以如此不同的速度变暖和变冷?
现在,哈佛大学和英国国家海洋学中心的研究指出了一个答案,这个答案既平凡得像小数点截断一样,也复杂得像全球政治一样。一部分是历史,一部分是气候科学,这项研究纠正了几十年的数据,并表明海洋变暖以一种更加均匀的方式发生。
几个世纪以来,人类一直在测量和记录海面温度。直到20世纪60年代,大多数海面温度测量是通过将一个桶放入海洋并测量内部水的温度来进行的。美国国家海洋与大气管理局(NOAA)和国家科学基金会的国家大气研究中心(NCAR)保存了一系列可追溯到19世纪初的海面温度数据,这些观测对于了解海表温度随时间的变化(自然和人为)至关重要。
它们也是统计上的噩梦,数据充满了特殊性,科学家们已经进行了大量研究来识别和调整这些特性。然而,即使进行了修正,数据也远非完美,海面温度仍然存在无法解释的变化。
在这项研究中,Huybers和他的同事提出了一种综合方法来纠正数据,使用一种新的统计技术来比较附近船只的测量结果。哈佛大学的研究生Duo Chan表示:“我们的研究方法是观察不同船只经过附近时,在300公里以内、相隔两天的时间内,海面温度测量值的差异。”“利用这种方法,我们发现了近1780万个过境点,并发现了一些群体中的较大偏见。”
研究人员发现了北太平洋和北大西洋变暖差异的两个新关键原因。
第一个与日本记录的变化有关。在1932年之前,日本船只在北太平洋的海面温度记录大多数来自渔船。然而,在第二次世界大战前夕,越来越多的日本数据来自海军舰艇。这些数据存储在不同的套牌中,当美国空军将数据集数字化时,他们截断数据,砍掉十分之一度的数字并以全摄氏度记录信息。Huybers表示,截断的未被认识的影响很大程度上解释了1935~1941年间太平洋海面温度在上述估计中出现的快速降温。在校正截断引入的偏差后,太平洋的变暖更为均匀。
虽然日本数据是20世纪初太平洋变暖的关键,但德国的数据在理解同一时期北大西洋的海面温度方面起着最重要的作用。在20世纪20年代后期,德国船只开始在北大西洋提供大部分数据。这些测量大多数都是在一个甲板上收集的,与附近的测量结果相比,甲板上的温度要高很多。调整后,北大西洋的变暖变得更加缓慢。
通过这些调整,研究人员发现北太平洋和北大西洋的变暖速度变得更加相似,并且变暖模式更接近于温室气体浓度上升所预期的变暖模式。但是,差异仍然存在,测量中发现的整体变暖速度仍然比模型模拟预测的要快。
“剩余的不匹配凸显了继续探索气候如何受到辐射强迫的重要性,气候敏感性及其内在变化的重要性。与此同时,我们需要继续梳理数据,通过数据科学、历史调查和对问题的良好物理理解,一定还会发现其他有趣的特征。”Huybers说。
(侯颖琳 编译,於维樱 审校)