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新研究:当下的气候预测可能并不准确

2021-05-09 13:00 · 稿源:cnbeta

据外媒报道,海洋的“生物泵”描述了许多海洋过程,从大气中吸收二氧化碳并将其输送到海洋深处并在那里它可以保持隔绝几个世纪。这个海洋泵是大气二氧化碳的强大稳压器、是任何全球气候预测的重要组成部分。然而来自麻省理工学院(MIT)的一项新研究指出,在今天的气候模型中,这个泵的表现方式存在显著的不确定性。

研究人员发现,用于计算泵强度的“黄金标准”方程的误差幅度比以前认为的要大,并且海洋将向不同深度输送多少大气碳的预测误差可能在百万分之10到15之间。

考虑到目前全球每年向大气中排放二氧化碳的速度约为百万分之2.5,该团队估计,新的不确定性将导致气候目标预测出现约5年的误差。

MIT地球、大气和行星科学系的研究科学家Jonathan Lauderdale指出:“如果我们想把巴黎协定设定的升温幅度控制在1.5度以内,那么这个更大的误差条可能至关重要。如果目前的模型预测我们到2040年才能减少碳排放,那么我们就扩大了不确定性,可以说我们现在可能要(提前)到2035年,这可能是相当重大的一件事情。”

Landerdale和前MIT研究生、现供职于英国南安普顿国家海洋学中心的B.B. Cael今日在《Geophysical Research Letters》上发表了他们的研究。

对海洋生物泵有贡献的海洋过程始于浮游植物,这是一种在其生长过程中会从大气中吸收二氧化碳的微生物。当它们死后,浮游植物携着碳一起以“海洋雪”的形式沉入水中。Landerdale指出:“这些颗粒就像从海洋表面飘落下来的白色片状雪花。”

在不同的深度,这些颗粒被微生物消耗,微生物会将这些颗粒中的有机碳转化为无机的矿物形式、吸入深海--这个过程被称为再矿化。

在20世纪80年代,研究人员在整个热带太平洋的不同地点和深度收集了海洋雪。根据这些观察,他们生成了一个简单的幂次律数学关系--马丁曲线(以团队成员约翰·马丁)的名字命名来描述生物泵的强度以及海洋在不同深度可以再矿物化和隔离多少碳。

“马丁曲线无处不在,它确实是(当今许多气候模型中使用的)黄金标准,”Landerdale说道。

但在2018年,Cael和合著者Kelsey Bisson表示,用来解释马丁曲线的幂次律并不是唯一符合观测结果的方程。幂次律是一种简单的数学关系,它假设粒子随着深度下降得更快。但Cael发现,其他几种基于海洋雪下沉和再矿化的不同机制的数学关系也可以解释这些数据。比如一种假说认为,无论在什么深度,微粒都以相同的速度下落,而另一种假说认为,带着重的、不易消耗的浮游植物壳的微粒比没有壳的微粒下落得快。

Lauderdale说道:“他发现你无法分辨哪条曲线是正确的,这有点麻烦,因为每条曲线背后都有不同的机制。换言之,研究人员可能使用了‘错误的’功能来预测生物泵的强度。这些差异会像滚雪球一样影响气候预测。”

在这项新研究中,Lauderdale和Cael研究了如果他们改变生物泵的数学描述会对估算海洋深处储存的碳产生多大的影响。他们从Cael之前研究过的六个替代方程或再矿化曲线开始。该团队研究了气候模型对大气二氧化碳的预测,如果它们是基于这六种选择中的任何一种,那么跟马丁曲线的幂次律相比会发生怎样的变化。

为了使比较在统计上尽可能相似,他们首先将每个备选方程跟马丁曲线拟合。马丁曲线描述了有多少海洋雪通过海洋到达不同的深度。研究人员将曲线上的数据点输入到每个备选方程中。然后,他们在MITgcm中运行每个方程,MITgcm是一个模拟大气和海洋之间二氧化碳通量的一般环流模型。

之后,该团队运行了气候模型以观察跟马丁曲线幂次律相比,生物泵的每一个替代方程是如何改变该模型对大气中二氧化碳的估计的。他们发现,海洋能从大气中吸收和隔离的碳量变化很大,这取决于他们使用的生物泵的数学描述。

Landerdale说道:“令人惊讶的是,再矿化量或海洋雪量的微小变化由于不同的曲线而导致的深度不同都可能导致大气中二氧化碳的显著变化。”

结果表明,海洋的生物泵强度及决定海洋降雪速度的过程仍旧是一个悬而未决的问题。“我们肯定需要对海洋雪进行更多的测量以打破背后的机制。因为可能所有这些过程都是相关的,但我们真的想知道是什么在推动碳封存,”Landerdale补充道。

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