互动科普

全球变暖停滞了吗

科学家花了16年时间，研究神秘的“全球变暖停滞”现象。现在，他们终于能给出解释了：

太平洋可能是其中的关键。

撰文 杰夫·托尔夫森（Jeff Tollefson） 翻译 刘雨歆

全球变暖停滞，是气候学家目前遇到的最大谜题。这种现象从1997年年底悄然开始：这一年吹过太平洋的热带信风弱于正常。在正常情况下，太平洋热带信风会把被太阳晒热的海洋表面暖水，从东向西推往印度尼西亚方向。如果信风的速度变慢，暖水就会向东退回南美洲，酿成天气剧变——人称“厄尔尼诺现象”。全球平均气温在1998年达到历史最高点，但从那以后，气候变暖趋势就莫名停滞下来。

多年以来，科学家在研究气候系统变化（因大气、海洋和生态圈的自然差异引发的全球性气候冷暖变化）时，一向把变暖停滞视为干扰噪音，排除在气候模型之外。但停滞现象却一直持续，使得气候研究领域遭遇了一场不大不小的信任危机。全球平均气温虽然不时仍有起伏波动，但在1998年以后，上升幅度就变得很小——似乎完全不符合气候模型的预测，何况近年来温室气体排放量还在持续增加。气候变暖怀疑论者抓住机会，试图拿温度变化趋势证明全球变暖已趋于停顿。但气候学家知道，热量必定积聚在气候系统中的某个地方，只是他们现在还很难解释这些热量在哪里。如果热量没有进入大气，它们又到哪儿去了？一些科学家开始猜测，他们当前使用的气候模型是否遗漏了什么。

全球变暖发生停滞至今，已经有16年了。虽然科学家尚无法完全解释这一现象，但他们在追踪“失踪热量”的去向方面，也取得了不少成果。有人把热量失踪归因于太阳和火山活动，甚至大气污染。但最新研究指出，海洋也许才是解释这一反常现象的关键。在1997-1998年间发生的厄尔尼诺现象，从海洋中抽取出大量热量，输入大气层——这也许足以导致赤道太平洋变冷，对 1998年以后的全球气候变暖趋势产生抑制作用。

美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）的气候学家凯文·特伦贝斯（Kevin Trenberth）说：“1997-1998年的厄尔尼诺现象，是太平洋气候变化的触发点。我认为，这个时间也很可能是全球变暖停滞的起始点。”根据特伦贝斯的理论，几年之后热带太平洋将不能再释放寒流。特伦贝斯说：“最后，情况将会倒转过来。”

鲜明对比

在一份全球大气温度表上，近16年来的全球变暖停滞，与之前20年的气温快速攀升形成鲜明对比。根据政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）2013-2014年度评估报告的说法，此前的气候模拟研究告诉我们，在1998-2012年间，全球大气温度应该以每10年平均增加0.21 ℃的速度持续上升。但英国东英吉利亚大学（University of East Anglia）气候研究中心（Climatic Research Unit）的观测结果却显示，在此期间的平均气温每10年其实只上升了0.04 ℃。

对于全球变暖的停滞，以及观测结果与模型预测的差异，科学家给出了一个最简单的解释：自然变异（natural variability）。就像气温每天都会在冷暖之间来回变化一样，复杂的气候波动，也能影响每年、每10年的全球平均气温。过去，气候学家曾观测到许多席卷全球的长期持续性热浪和寒流。气候模型也显示，在温室气体导致全球变暖之时，上述长期气候变化也有可能发生。

但到目前为止，IPCC使用的任何一个气候模型，都无法模拟出我们当前遭遇的全球变暖停滞现象。批评者和部分科学家因此提出了一个颇有争议的结论：这些气候模型高估了温室气体的影响力；未来的全球变暖趋势，可能并不像我们担心的那样剧烈。其他人则认为，这一结论明显有悖于气温的长期变化趋势和古气候（palaeoclimate）数据——利用这些数据，可以追踪很久之前的温度变化情况。很多科学家也提醒说，现在的气候模型，都是依据短期的气候波动规律建立起来的。麻省理工学院的气候学家苏珊·所罗门（Susan Solomon）说： “如果想研究全球气候变化，那么你关注的时间尺度，应该是50～100年。”

即使是那些仍然相信当前气候模型的科学家，也认识到有必要搞清楚现在究竟发生了什么。美国国家海洋和大气管理局地球物理流体力学实验室的气候学家加布里埃尔·维奇（Gabriel Vecchi）说：“科学家在几年之前可能已经观测到全球变暖停滞的现象，却把这一现象和其他数据‘噪音’一起排除掉了……现在我们发现，这是一个值得深究的现象。”

近年来，科学家对变暖停滞现象给出了多种不同的解释，但主要集中于3个方面：太阳、大气气溶胶微粒（atmospheric aerosol particles）和海洋。太阳释放的能量，一般会以11年为周期起伏，但从2000年开始，太阳活动似乎进入了一个漫长的平稳期。在当前这个11年的自然周期里，太阳释放的能量已经接近极点。但就目前来看，太阳在本周期内释放的最大能量，是近100年来的最小峰值。这也许有助于解释全球变暖停滞现象，以及观测结果与模型预测的差异：在2000年前，地球接收到的太阳能辐射更高。

另一个可能会抑制地球变暖趋势的因素，是大气气溶胶微粒数量的意外上升。这种大气微粒会把阳光反射回太空。科学家推测，过去16年间，小型火山将大量微粒释放到大气之中，抑制了全球气温的上升。

部分科学家认为，上述两种因素都可能是全球变暖停滞的首要原因。但近年来也有不少研究指出，这两种因素的影响其实可能并不像人们想的那么大。特伦贝斯就持这种观点。他通过查看卫星观测数据，分析地球上能量的进出，来研究太阳活动和大气气溶胶微粒对全球气候的影响。据他测算，气溶胶和太阳活动，最多只能解释20%的升温差异。也就是说，绝大部分的升温差异，可能要归因于海洋——海洋就像一块巨大的海绵一样吞吐热量。

现在，科学家把注意力转移到了赤道太平洋。

太平洋变冷了

就在全球变暖停滞现象发生前不久，赤道太平洋海域变得异常温暖。那是1997-1998年间，厄尔尼诺引发的极端天气肆虐全球——从中国和美国的洪涝灾害，到墨西哥和印度尼西亚的旱灾和森林大火。厄尔尼诺离去的速度，就和它的到来一样迅猛。到1998年底的时候，冷水如报复般流回赤道东太平洋——这也标志着厄尔尼诺的姐妹现象“拉尼娜”的到来。不仅如此，整个赤道东太平洋都变得异常寒冷，这一趋势一直持续至今。

海洋温度的波动，被科学家称为“太平洋十年涛动”（Pacific Decadal Oscillation，PDO）。这或许是我们揭开全球变暖停滞之谜的关键所在。太平洋十年涛动的变换周期通常为15～30年。在涛动处于“正相位”（或称“暖相位”）时，太平洋气候类似于厄尔尼诺现象，会让大气温度升高。在此期间，太平洋东部和中部海域会持续释放热量，直到几十年之后才逐渐变冷，涛动也进入“负相位”（或称“冷相位”）。此时，太平洋气候类似于拉尼娜现象，会把赤道附近的深海冷水抽到海洋表面，让地球变冷。早在1997年时，科学家就发现了太平洋十年涛动的周期规律。但直到最近，科学家才开始了解涛动现象在全球海洋环流系统中的作用，并用它来解释全球变暖停滞现象。

2011年，科学家有了重大发现。美国国家大气研究中心的杰拉尔德·米尔（Gerald Meehl）带领的一个研究团队撰文声称，如果把太平洋十年涛动规律导入全球气候模型，气候模型预测的全球变暖趋势就会出现10年以上的间断。海温观测数据也许能告诉我们原因：这个研究团队在后续研究中发现，1998年以后，有更多热量进入深海，从而抑制了大气变暖的趋势。在他们发表的第3篇论文中，研究团队用数字模型演示了涛动规律的另一重影响：如果太平洋十年涛动进入正相位，太平洋气候就会开始加热海洋表面水体和大气，导致大气温度在未来几十年中急速上升。

关键性的突破则出现在去年。美国斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）的两位学者谢尚平（Shang-Ping Xie）和小坂优（Yu Kosaka）独辟蹊径，把最近几十年来赤道东太平洋海温年代际变化（即以10年为时间单位记录到的变化）的真实数据导入数字模型，模拟全球气候变化。他们的模型不仅相当精确地再现了全球变暖停滞现象，还呈现出变暖停滞在季节和空间分布上的不均匀性，比如某些地区会变得更热，而有些地区的冬天会变得越发寒冷。

加拿大气候建模与分析中心（Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis）的气候建模专家约翰·法伊夫（John Fyfe）说：“我在读完谢尚平和小坂优的论文之后，思路豁然开朗。”但他也补充道，这两人的模型并不能解释一切。“它回避了一个问题：究竟是什么造成了热带海温的下降？”

特伦贝斯和他在NCAR的同事约翰·法苏洛（John Fasullo）把信风与海洋数据引入模型，以期解释升温停滞现象。他们的研究指出，热带信风如果受到拉尼娜现象的影响，就会将温暖的海水推向西方，最终把热量送入深海，使赤道东部海域的冷水上涌。在极端的天气条件下，比如在1998年拉尼娜现象发生时，热带信风可能会一举把太平洋推入十年涛动的“冷相位”。一项针对历史记录的分析研究支持了特伦贝斯和法苏洛的假说。分析显示，太平洋十年涛动的“冷相位”，与第二次世界大战后几十年间的全球性气温下降，在时间上恰好吻合（参见“太平洋全观图”），而“暖相位”则与1976-1998年间全球气温急剧上升的时期吻合。

美国哥伦比亚大学的气候学家马克·凯恩（Mark Cane）说：“我认为，这一证据已经十分明确……全球变暖停滞与气溶胶或者平流层水蒸气都没什么关系。它的真正成因，是近十几年来赤道东太平洋的海温变冷了。”

讨论仍未结束

凯恩是第一个预测出太平洋变冷趋势的人——虽然当时他还并不清楚，这一趋势将会造成怎样的影响。2004年，他和同事建立了一个简单的区域性气候模型，成功模拟出太平洋从1976年左右开始的变暖趋势——全球气温自那以后开始急速上升。他们似乎到最后忽然想起来什么，于是在论文结尾加上这么一个推测：“本模型还预测，1998年的厄尔尼诺现象，结束了1976年后赤道太平洋的温暖期。至于真假与否，笔者还不敢断言。”

凯恩的预测可谓相当准确，但却一直饱受争议。部分原因是，凯恩理论依据的是区域性的气候模型，只着眼于赤道太平洋。尽管如此，凯恩仍然坚持他的理论。同时他还认为，上世纪的气候变化趋势，与西太平洋海温高于东太平洋有关。在此条件之下，由温室气体引发的全球变暖趋势可能带来与拉尼娜类似的气候变化，后者可能再次促发变暖停滞现象。“如果这一理论是正确的，那么全球变暖停滞就是一个负反馈。如果我们在气候建模时不把它考虑进来，我们对全球变暖的预测就会大于真实值。”

但他的理论也有两个潜在漏洞。首先，凯恩断言，在上个世纪，赤道太平洋逐渐接近拉尼娜状态。但众所周知，他采用的历史海温数据并不准确，这一点遂引起许多科学家的质疑。其次，很多研究者使用全球性气候模型进行模拟，将超出赤道太平洋范围的大气和海洋的相互作用也纳入模型，却发现预测结果与凯恩理论完全相反。他们的研究显示，全球气候变暖更可能让太平洋接近于厄尔尼诺的状态。特伦贝斯认为，热量差异至少应该部分归因于全球变暖对太平洋海水蒸发的影响。他说，气候模型指出，在相对较冷的东太平洋，全球变暖对海温的影响更为剧烈，因为那里的水蒸气会加速蒸发进入大气层，导致大气温度升高，接近于厄尔尼诺状态；全球变暖对较为温暖的西太平洋影响较弱，因为那里的空气已经饱和，无法吸收更多水分。

也许在不久以后，科学家就可以检验他们的理论了。现在，强烈的热带信风正把比以前更加温暖的太平洋海水推往印度尼西亚，致使风云骤变——比如去年11月到访菲律宾的超强台风“海燕”（“海燕”是2013年全球最强烈的热带气旋）。热带信风还在缓慢提升西太平洋的海平面。现在，西太平洋海平面大约比东太平洋高出20厘米。也许在不久之后，情况就会调转过来。特伦贝斯说：“西太平洋不可能一直上涌暖水。到某个时刻，海平面一定会到达最高点，然后开始回落。”如果科学家们是对的，那么到了那个时候，“失踪的热量”就会重新出现，全球气温将会再次快速攀升。

本文作者 杰夫·托尔夫森是一名科学作家，为《自然》杂志撰写气候、能源、环境方面的报道。