《大气 O2 和 CO2 组成变化对海洋热吸收的定量研究》

  • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
  • 编译者: 张灿影
  • 发布时间:2020-01-10
  • 衡量全球变暖的一个基本指标是海洋对热量的吸收,它占地球获得多余能量的 90%以上。 海洋变暖已经通过水文温度测量进行了量化,包括来自 Argo 浮标计划的数据,该计划在 2007 年后扩大了覆盖范围。这种扩散主要是由填隙方法和系统误差造成的,这些误差加在一起,在升温趋势中引入了高达 25~50%的不确定性。基于大气中气体丰度的变化,这种变化通过气体 在海水中溶解度的温度依赖性来响应整个海洋的变暖。这种方法不受数据稀疏的限制,因为大 气中的快速混合有效地集成了全球海洋信号。该研究对大气中 O2 和 CO2 进行测 量,并重建了 15 个季节和 16 个冰期-间 冰期时间尺度上海洋热含量的变化。当海 洋变暖时,氧气和二氧化碳的溶解度下降, 海洋所损失的气体量可以用在大气中观 察到的互补变化来量化。

    本研究提供了一个独立的估计,测量大气中的氧气(O2)和二氧化碳(CO2)水平,并作 为一个整体海洋温度计。海气通量由温度驱动,也受到溶解度变化的控制,海洋中氧和碳的自 然分布支持了溶解度在远古气候中的主导地位。它们的生物效应强度与海洋循环和光合作用/ 呼吸的变化有关,更强生物效应的模型在给定的海洋变暖条件下产生更强的海洋电位氧损失, 以及更强的大气氧气释放。

    研究结果表明,1991~2016 年间,海洋每年增加 1.29 ±  0.79 × 1022 焦耳的热量,相当于地 球表面每平方米 0.80 ± 0.49 瓦特的行星能量不平衡。我们还发现,导致 O2 和 CO2 排放的海洋变 暖效应可以从人为排放和 CO2 汇的直接影响中分离出来。研究结果依赖于 1991 年的高精度氧 气大气测量,其利用了一种综合地球系统方法,并提供了根据海洋数据估计的热量吸收的单独确认。

    (郭亚茹 编译;於维樱 审校)

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41598-019-56490-z
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    • 文章标题:Quantification of ocean heat uptake from changes in atmospheric O2 and CO2composition 文章作者:L. Resplandy, R. F. Keeling, Y. Eddebbar, M. K. Brooks, R. Wang, L. Bopp, M. C. Long, J. P. Dunne, W. Koeve & A. Oschlies DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-018-0651-8 原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0651-8 内容提要:海洋是气候系统中热惯性的主要来源。近几十年来,通过使用水文温度测量和Argo浮标计划的数据量化了海洋热量吸收量,该计划在2007年后扩大了覆盖范围。然而,这些估计都使用相同的不完美海洋数据集,且均具有因稀疏覆盖导致的额外不确定性,特别是在2007年之前。大气氧(O2)和二氧化碳(CO2)水平随着海洋变暖和释放气体而增加,本文通过使用这两种气体水平的测量值来提供独立估计,由此作为整个海洋的温度计。研究发现,1991至2016年间海洋每年的热量增加了 1.33 ± 0.20 × 1022焦耳,相当于每平方米地球表面0.83 ± 0.11瓦特的行星能量不平衡。我们还发现,导致氧气和二氧化碳排放的海洋变暖影响可以从人为排放和碳汇的直接影响中分离出来。该研究结果依赖于可追溯到1991年的高精度氧气测量,研究表明海洋变暖处于先前估计的高端,能够影响地球对气候变化的相关响应政策衡量,例如气候对温室气体和海平面上升的热成分敏感性。 论文摘要:The ocean is the main source of thermal inertia in the climate system1. During recent decades, ocean heat uptake has been quantified by using hydrographic temperature measurements and data from the Argo float program, which expanded its coverage after 20072,3. However, these estimates all use the same imperfect ocean dataset and share additional uncertainties resulting from sparse coverage, especially before 20074,5. Here we provide an independent estimate by using measurements of atmospheric oxygen (O2) and carbon dioxide (CO2)—levels of which increase as the ocean warms and releases gases—as a whole-ocean thermometer. We show that the ocean gained 1.33 ± 0.20 × 1022 joules of heat per year between 1991 and 2016, equivalent to a planetary energy imbalance of 0.83 ± 0.11 watts per square metre of Earth’s surface. We also find that the ocean-warming effect that led to the outgassing of O2 and CO2 can be isolated from the direct effects of anthropogenic emissions and CO2 sinks. Our result—which relies on high-precision O2 measurements dating back to 19916—suggests that ocean warming is at the high end of previous estimates, with implications for policy-relevant measurements of the Earth response to climate change, such as climate sensitivity to greenhouse gases7 and the thermal component of sea-level rise8. (文献信息中心 於维樱)
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