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遏制全球变暖的“洋”办法
[2015-12-22 16:15:10]

    作者:记者 赵广立  来源:《中国科学报》(2015-12-22 第5版 技术经济周刊)

   “地球数值模拟装置”可把大气、海洋、陆地、海冰等整合起来,模拟这个有机整体的运作,预估未来的空气质量、气候变化、自然灾害等,为我们的生存空间把脉。

    2015年12月12日值得载入史册——这天在巴黎举行的第21届联合国气候变化大会上,《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方一致同意通过《巴黎协定》,其中关于各国应对全球气候变化和全球变暖的阐述被业界解读为“历史性进步”。
    具体到减缓全球变暖的措施,有科学家提出可以将大气中的二氧化碳收集起来输送到深海进行埋藏。这种方案乍看简单易行,细究起来其实问题多多。比如,四海茫茫,何处是合适的埋藏地点?二氧化碳又能蓄藏多久?
    这些问题并非无解。大气边界层物理和大气化学国家重点实验室副研究员李阳春在接受《中国科学报》记者采访时说,人们可以通过海洋模式模拟来寻找答案而“无须进行高成本的实地测试”。
   “海洋模式模拟”能回答的并不止于此。

    全球变暖的控制器

    李阳春告诉记者,海洋的确是减缓全球变暖的关键角色。不过,它的关键之处并非直接掩埋CO2,而是通过吸收、存储人类活动释放到大气中的二氧化碳来减缓全球变暖。
   “海洋吸收二氧化碳并存储在大洋内部,可以在一定程度上减缓因二氧化碳的温室效应而导致的全球变暖的进程。”李阳春介绍说,海洋是地球上最大的碳库,在气候变化中扮演着举足轻重的角色。
    全球变暖反过来也影响海洋。李阳春解释说,全球变暖会导致海洋温度升高并使海洋层结更加稳定,从而减弱海洋吸收二氧化碳的能力,导致更多的人为排放的二氧化碳滞留在大气中,加剧全球变暖的程度。
    IPCC第5次评估报告指出,有证据显示持续的全球性增暖导致了气候极端事件的频繁发生,对人类的生存生活带来了巨大的灾难。
    海洋对于气候系统增暖的调节作用非常巨大,从1971年至2010年,全球海洋上层75m海温每10年大约增加0.11℃,大约60%的气候系统能量的增加都存储在了海洋(IPCC第5次评估报告)。此外到目前为止,海洋还吸收存储了大约30%的因人类活动而排放到大气的二氧化碳。
   “海洋博大广深,内部的过程极其复杂,尽管人类对于它的探索从未间断,但是碍于观测手段和观测方法的制约,我们对它的了解依然远远不够,尤其是在远离大陆的大洋和深海。”李阳春对记者说,海洋碳循环模式研究利用数值计算的方法,通过对碳及相关元素的循环过程进行准确模拟,可以给人类认识海洋、合理利用海洋提供一些理论依据。

    提高“海洋生产力”遏制全球变暖

    在海洋碳循环过程中,“海洋生产力”是个颇受关注的关键词。
   “海洋生产力”在科学计算中以海洋将无机碳转化成有机碳的速率来表示。反映在物理层面,这个转化过程一方面实现了海洋生态系统自身的发展,另一方面则促进了海洋对大气中二氧化碳的吸收。
   “从人类的角度来看,这两个方面都是我们所欢迎的,除了海洋生态系统对人类物质方面的供给,海洋环境以及海洋对气候的影响也起着不可估量的作用。”李阳春说。
    提高“海洋生产力”可谓一举两得。不过,这有赖于人们对海洋生态系统运转机制的充分认识。考虑到海洋的广袤以及它处于永不停止的变化中,人们很难单凭航测等手段来估算海洋生产力对于人类的价值。
   “基于精确理论发展起来的海洋模式,在经过已有观测资料的验证后,可以在不同的时空尺度上为我们再现海洋的环流以及生物群落状态,并为我们实际的生活服务。”李阳春举例说,“高分辨率的海洋生态系统模式”可以模拟出不同海域海洋生态系统的结构特点以及生产力大小,这有助于人们了解该海域是否有或何时有足够的浮游动植物供鱼虾捕食,从而寻找或开发出经济价值和环境效益较高的海域。

    遭遇计算瓶颈

    而就在科学家试图利用海洋模式模拟海洋环境或海洋动力系统时,遭遇到了计算方面的瓶颈。
    李阳春介绍说,能量与物质的交换发生在全球海洋的任一海域,涉及物理、生物、化学等诸多过程,很多重要的过程发生在很小的时空尺度甚至是分子尺度上,去准确刻画这些复杂的过程从而宏观上再现合理的海洋环境或动力系统,“需要巨大而高效的计算资源来支撑”。
    李阳春称,纵观海洋模式的发展史,海洋模式与计算科学的发展息息相关,计算机性能的提高是促进海洋模式发展的重要动力。今年,李阳春所在的中科院大气所通过与中科曙光等单位共建“地球数值模拟装置”原型系统,又将海洋模式的发展向前推进了一步。
   “‘地球数值模拟装置’可把大气、海洋、陆地、海冰等整合起来,模拟这个有机整体的运作,预估未来的空气质量、气候变化、自然灾害等,为我们的生存空间把脉,它的建设意义堪比‘蛟龙’号。”李阳春说,假以时日,海洋模式的精确度会越来越高,直至我们可以追踪小到一个涡旋的发生和消亡、一个台风自洋面而起,那时科学家对海洋的了解和把握,就能为人类社会的持续发展提供十分重要的科学参考。
 

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