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        海洋,我們的氣候和天氣

        2021-08-04 02:24:06楊繼國
        民主與科學(xué) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:熱量氣候海水

        楊繼國

        提到天氣和氣候,我們大多數(shù)人會(huì)下意識抬頭看看天,想到的更多是大氣里發(fā)生的故事:下雨、下雪、刮風(fēng)、雷電、干旱、大霧等等,卻很少有人能想到海洋。其實(shí),覆蓋了地球約71%的大海,才是世界天氣和氣候的主要驅(qū)動(dòng)力。同時(shí),海洋也是全球經(jīng)濟(jì)的主要推動(dòng)力,承載著世界上90%以上的貿(mào)易,并維持著40%生活在海岸線100公里以內(nèi)的人類的生存。當(dāng)今氣候變化的影響在日益擴(kuò)大,使得海洋觀測、研究和服務(wù)比以往任何時(shí)候都更加重要。今年“3·23”世界氣象日,我們就來聊一聊海洋與氣候和天氣這個(gè)話題。

        我們先來簡單說一下天氣和氣候。天氣是指某一個(gè)地區(qū)距離地表較近的大氣層在短時(shí)間內(nèi)的具體狀態(tài)。那么天氣現(xiàn)象則是指發(fā)生在大氣中的各種自然現(xiàn)象,例如下雨、刮風(fēng)、下雪、大霧、閃電、冰雹等,這些現(xiàn)象看得見摸得著,所以我們對天氣的認(rèn)識可能更感性一些。

        而氣候,指一個(gè)地區(qū)大氣的多年平均狀況,主要的氣候要素包括光照、氣溫和降水等,反映了這個(gè)地區(qū)冷暖干濕等基本特征。我國的主要?dú)夂蝾愋桶釒?、亞熱帶、溫帶季風(fēng)氣候,溫帶大陸性氣候,高山高原氣候等。

        所以區(qū)別天氣和氣候最主要就是在時(shí)間上,例如我們說今天天氣很好,不冷不熱,微風(fēng)輕拂,很適合出去游玩,這里說的就是天氣;而當(dāng)我們說起家鄉(xiāng),例如說北京的冬天寒冷干燥,夏天高溫多雨,年平均氣溫在12℃左右,這里說的就是氣候,是常年的一個(gè)平均狀態(tài)。通常描述一個(gè)地方自然特征,要用常年的氣候特點(diǎn)來描述。

        講到氣候就要說一下氣候變化,這也是當(dāng)今對人類影響最大的事件之一。通俗來講,氣候變化是指長時(shí)期內(nèi)氣候狀態(tài)的變化,通常用不同時(shí)期的溫度和降水等氣候要素的統(tǒng)計(jì)量的差異來反映。氣候變化主要表現(xiàn)在全球氣候變暖、酸雨、臭氧層破壞等方面,其中氣候變暖是目前最受關(guān)注的問題。氣候變化對我們的影響包括冰川消融,高溫、干旱、暴雨等極端事件增多,糧食減產(chǎn),海平面上升,甚至?xí)?dǎo)致一些物種的滅絕,等等。

        具體到 “海洋,我們的氣候和天氣” 這個(gè)主題,其實(shí)天氣和氣候與海洋息息相關(guān)。因?yàn)?,海洋是天氣和氣候的主要?qū)動(dòng)力。海洋對大氣的主要作用是給予大氣熱量與水汽,為大氣運(yùn)動(dòng)提供能源。

        第一,海洋是能量儲(chǔ)存器。

        因?yàn)楹Q筇罅?,海洋覆蓋了地球表面積的71%;海水太多了,占全球水資源的97%;而水相對于空氣和陸地來說儲(chǔ)熱能量更強(qiáng),全球變暖能量的93%都存儲(chǔ)在海洋中。還有,海洋還吸收了三分之一的新增溫室氣體排放量,所以海洋對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)全球氣候具有決定性作用。

        第二,海洋是能量轉(zhuǎn)換器。

        剛才提到了海洋儲(chǔ)存了那么多能量,那么海洋儲(chǔ)存的能量是如何與大氣交換的呢?

        海洋-大氣之間的熱交換主要由三種方式。一是輻射熱,也就是長波輻射。二是傳導(dǎo)熱,也叫感熱,也就是接觸的物體之間傳導(dǎo)熱量。這兩個(gè)熱交換方式比較好理解,例如我們進(jìn)入有暖氣的房間,不觸碰暖氣片也會(huì)感受到溫暖,這是輻射熱,如果用手摸暖氣片同樣會(huì)感受熱量,這就是傳導(dǎo)熱。三是相變熱,又叫潛熱,當(dāng)海水蒸發(fā)時(shí)需要吸收熱量變成水蒸氣,水蒸氣上升到空中再次凝結(jié)的時(shí)候要釋放熱量給大氣,這樣在完成水循環(huán)的過程的同時(shí)也完成了相變熱的傳遞。

        第三,海洋是能量輸送器。

        由于海洋吸收了抵達(dá)地球的大部分太陽能,而赤道部分接收熱量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于兩極,所以就形成了巨大的水平和垂直洋流,一些洋流可以攜帶熱量向高緯度行進(jìn)數(shù)千公里,一路走一路散熱,對沿途氣候產(chǎn)生巨大影響。

        洋流的成因主要有兩種:一種是由風(fēng)吹動(dòng)海水形成的,稱為風(fēng)生流;另一種是由于海水不同區(qū)域之間密度的差異造成的海流,當(dāng)海面受熱不均勻或者蒸發(fā)降水不均勻時(shí),就會(huì)使海水的溫度和鹽度發(fā)生改變,進(jìn)而造成海水密度分布不均勻,這樣產(chǎn)生海流稱為熱鹽流(也叫“溫鹽流”)。熱鹽環(huán)流在氣候系統(tǒng)中具有極其重要的作用,對地球氣候系統(tǒng)起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。

        當(dāng)?shù)途暥葴嘏难罅飨蚋呔暥攘鲃?dòng)的時(shí)候,隨著溫度降低和海水的蒸發(fā),釋放了大量的熱量和水汽,給歐洲帶來溫暖濕潤的氣候,歐洲西北部的冬季要比同緯度歐亞大陸內(nèi)部和東部地區(qū)暖和得多,甚至在北極圈內(nèi)還有摩爾曼斯克這樣著名的不凍港。當(dāng)北大西洋暖流到達(dá)北歐海的時(shí)候,由于海水溫度降低和蒸發(fā)導(dǎo)致鹽度升高,海水密度會(huì)越來越大,并下沉到大西洋深處,這些下沉的海水轉(zhuǎn)而掉頭向南流動(dòng),最終形成熱鹽環(huán)流影響全球的氣候。

        很多人擔(dān)心,熱鹽環(huán)流如果哪一天終止了,那么全球氣候?qū)a(chǎn)生巨變,最直接的可能就是會(huì)形成寒冷的歐洲。

        2004年的科幻片《后天》就是講述了由于溫室效應(yīng)造成地球氣候異變的故事。全球變暖導(dǎo)致北極冰川融化,大量淡水涌入北大西洋北部導(dǎo)致海水溫度上升且密度降低,不能形成海水的下沉運(yùn)動(dòng),低緯度的暖流也上不來,從而導(dǎo)致熱鹽環(huán)流崩潰或減緩,全球熱平衡被打破,造成了顯著的氣候突變,整個(gè)北緯30度以北被冰封。

        當(dāng)然這只是科幻片。不過在歷史上的確出現(xiàn)過類似的事件,那就是著名的新仙女木事件。大概12800年前,北半球大部分地區(qū)溫度驟降,造成了北美長毛猛犸象、劍齒虎等大批動(dòng)物滅絕,克勞維斯人也突然消失。

        研究表明,導(dǎo)致這次事件的很可能就是由于北半球一次意外事件導(dǎo)致冰蓋融化,大量淡水涌入北大西洋北部,引發(fā)熱鹽環(huán)流中斷,從而導(dǎo)致全球氣候異變,北緯50度以北被冰封,大批大型物種滅絕,人類被逼無奈遷移,并從狩獵為生走上了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的道路。

        回到現(xiàn)代,不管是厄爾尼諾和拉尼娜對全球氣候的影響,還是副熱帶高壓對我國汛期降水的影響,以及臺風(fēng)和颶風(fēng)的形成和發(fā)展,印度洋偶極子對非洲、馬來和我國西南氣候的影響等,這些耳熟能詳?shù)拿制鋵?shí)都和海洋密切相關(guān)。當(dāng)然海氣耦合是相互的,氣候同樣對海洋產(chǎn)生影響,如受風(fēng)影響的海洋表層風(fēng)生洋流的生成,氣候變化導(dǎo)致海溫升高、冰川融化,由于海洋吸收大量二氧化碳導(dǎo)致海水ph值下降,對珊瑚和貝類的影響等。所以海洋和大氣之間互為表里,密不可分。

        2021年世界氣象日的主題是“海洋,我們的氣候和天氣”,就是為了紀(jì)念世界氣象組織注重將地球系統(tǒng)內(nèi)的海洋、氣候和天氣聯(lián)系起來,致力于支持認(rèn)識海洋、氣候和天氣之間不可分割的聯(lián)系,這將有助于人們更加了解我們賴以生存的世界。

        “3·23”是氣象人的節(jié)日,俗話說天有不測風(fēng)云,但是就有這么一群人,他們365天時(shí)刻堅(jiān)守,他們習(xí)慣了逆風(fēng)冒雨而行。

        “3·23”又是我們每個(gè)人的節(jié)日,因?yàn)樘鞖?、氣候、海洋和我們每個(gè)人,和全人類的命運(yùn)都息息相關(guān)。

        讓我們共同關(guān)注身邊的陰晴冷暖,趨利避害,關(guān)心我們的氣候變化,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。讓我們披荊斬棘、揚(yáng)帆遠(yuǎn)航,向著星辰大海,向著未來,出發(fā)。

        (作者為國家預(yù)警信息發(fā)布中心副總師、公共氣象服務(wù)中心高級工程師、中國科協(xié)氣象科學(xué)傳播專家)

        責(zé)任編輯:尚國敏

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