受全球氣候變化影響，多地極端天氣頻發(fā)。極端天氣的發(fā)生與海洋有什么樣的關(guān)系？海洋與氣候變化領(lǐng)域有哪些最新研究成果？如何更好地應(yīng)用這些成果？本報記者采訪了自然資源部第一海洋研究所副所長喬方利。

喬方利，博士，博導(dǎo)，自然資源部第一海洋研究所副所長。歐洲科學(xué)院院士，國際歐亞科學(xué)院院士。國際知名學(xué)術(shù)期刊“海洋模擬（Ocean Modelling）”共同主編，中國海洋研究委員會主席。曾任聯(lián)合國“海洋十年”咨詢委員會專家（中國唯一），聯(lián)合國教科文組織政府間海洋學(xué)委員會西太分委會主席等。

中國環(huán)境報：海洋與氣候變化有什么關(guān)系？

喬方利：海洋和氣候其實是兩個研究領(lǐng)域，我們通常講的氣候是指海洋、陸地、大氣、冰，而且這4大圈層之間相互作用，是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)。

很多人認(rèn)為氣候變化只跟大氣相關(guān)。實際上，海洋在氣候變化過程中起到?jīng)Q定性的作用。海、陸、氣、冰會通過它們之間的界面做物質(zhì)、能量交換。氣候變化本質(zhì)上是人類活動排放的二氧化碳等溫室氣體造成全球氣候變暖。根據(jù)最新的全球氣候變化第六次評估報告IPCC-AR6的結(jié)果，溫室氣體造成的全球熱量增加的93%進(jìn)入了海洋，只有大約2.3%的熱量進(jìn)入大氣系統(tǒng)。海洋2—3米的水體所含的熱含量與大氣整體的熱含量相當(dāng)。海洋平均深度為3500米，換句話說，海洋的熱含量是大氣熱含量的1000多倍。打個形象的比喻，如果海洋打個噴嚏，氣候系統(tǒng)就會感冒，而且會是重感冒。海洋就是地球的“大空調(diào)”，如果沒有海洋調(diào)節(jié)，氣候系統(tǒng)就會崩潰。我們感受到的幾天內(nèi)的天氣變化主要是大氣環(huán)流起作用，幾個月甚至更長時間的天氣變化，則完全是由海洋控制的，海洋才是氣候變化的真正控制者。

中國環(huán)境報：海洋與氣候變化關(guān)系這個交叉學(xué)科的研究現(xiàn)狀如何？

喬方利：要深入研究海洋與氣候變化關(guān)系，研究不同圈層之間的界面特別重要，既懂海洋又懂大氣，才能比較好地理解海氣界面的交換過程。迄今這種跨學(xué)科的研究仍然非常薄弱。很多有很強大氣背景的科研工作者對海洋的了解并不多，往往認(rèn)為知道海面的溫度是多少、是冷還是暖就夠了，其他過程研究是海洋研究者的事。但實際并非如此，要預(yù)測未來的天氣或者長期氣候變化，尤其是極端天氣過程，只知道海面溫度做出來的預(yù)報是不準(zhǔn)確的。

中國環(huán)境報：您深耕海洋與氣候變化研究多年，取得了哪些突破性的成果？

喬方利：經(jīng)過多年努力，我們?nèi)〉昧艘恍┩黄菩缘难芯砍晒@些成果有助于發(fā)展我國自己的氣候模式。氣候模型是基于物理學(xué)、地球流體力學(xué)、大氣科學(xué)和海洋科學(xué)基本定律的微分方程組，要求解這些方程組，還需要計算數(shù)學(xué)和強大的計算機。氣候模式的水平是一個國家科技綜合實力的體現(xiàn)。通過我們的努力，將我國的氣候模式準(zhǔn)確性推進(jìn)到世界前列，這是我國科研領(lǐng)域取得的一個飛躍。具體包括以下幾個方面的進(jìn)展：

一是湍流理論。從全球尺度看，波浪的空間尺度很小，它的平均高度只有1米左右，平均波長也只有100米左右，而氣候系統(tǒng)的空間尺度是數(shù)千公里到全球上萬公里，因此，原來國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為波浪和氣候是完全不相關(guān)的。我們發(fā)現(xiàn)，波浪會產(chǎn)生湍流，而湍流會改變上層海洋的熱力結(jié)構(gòu)，而上層海洋的熱含量決定了氣候系統(tǒng)未來發(fā)展。在氣候模式中加入浪致湍流理論，能夠大大提高極端天氣預(yù)報和氣候預(yù)測的準(zhǔn)確性。

二是飛沫水汽過程。海浪破碎會產(chǎn)生飛沫。去過海邊的人就會很容易發(fā)現(xiàn)，刮大風(fēng)時海面霧蒙蒙一片，這就是飛沫。風(fēng)會把飛沫卷到空氣中，這種飛沫在海洋與大氣之間傳遞很多熱量。此前，在氣候模式中，并未考慮這一過程。我們發(fā)現(xiàn)，這一過程對全球氣候有重大作用。飛沫傳遞的熱量，是海洋傳遞到大氣中熱量很重要的一部分。

三是我們進(jìn)一步理解了海洋和大氣之間的交換過程。比方說風(fēng)，海風(fēng)會產(chǎn)生風(fēng)應(yīng)力來驅(qū)動海洋流動。以前我們以為，風(fēng)向與風(fēng)應(yīng)力的方向是完全一致的。但我們實際觀測發(fā)現(xiàn)，并非如此。因為海洋和大氣之間存在波浪，波浪能改變風(fēng)應(yīng)力方向。例如，風(fēng)朝東吹，但在波浪作用下，風(fēng)應(yīng)力并不朝東，會朝東北或南北，甚至風(fēng)應(yīng)力的方向朝西，這就顛覆了原來的科學(xué)認(rèn)知。

中國環(huán)境報：有哪些海洋氣候研究核心課題的研究成果轉(zhuǎn)化成了現(xiàn)實的應(yīng)用？可否給我們分享一些案例？

喬方利：一個案例是臺風(fēng)。臺風(fēng)的破壞力非常強，和沿海居民的生活密切相關(guān)。臺風(fēng)能否準(zhǔn)確預(yù)報，是國內(nèi)外很多學(xué)者長期關(guān)注的科學(xué)問題。臺風(fēng)的預(yù)報有兩個關(guān)鍵，一是臺風(fēng)路徑，二是臺風(fēng)強度。經(jīng)過30多年努力，人類對臺風(fēng)路徑的預(yù)測準(zhǔn)確性提升了50%左右。臺風(fēng)的強度是由熱量決定的，臺風(fēng)從海洋獲得熱量后，臺風(fēng)就會快速成長；臺風(fēng)一旦登陸，沒有海洋給它提供熱量，臺風(fēng)很快就會消亡。我們在臺風(fēng)預(yù)報模式中加入了浪致混合理論和飛沫過程，把一整年臺風(fēng)強度的平均預(yù)報精度提高了40%，這將有助于未來臺風(fēng)的防災(zāi)減災(zāi)工作。

另一個案例是北京的極端降雨。2023年7月31日前后的北京周邊極端降雨（稱為7-31降雨）是北京過去140年以來最強的一次降雨。很多機構(gòu)能夠預(yù)報出會出現(xiàn)強降雨，但模式預(yù)報的降雨強度遠(yuǎn)低于實際觀測。我們在預(yù)報模式中加入海浪飛沫，就能非常準(zhǔn)確地預(yù)報出北京的降水強度。飛沫能夠通過大氣把水汽長途輸運到內(nèi)陸地區(qū)，甚至?xí)绊懭蚪邓窬帧？茖W(xué)的進(jìn)步能夠使我們更準(zhǔn)確地預(yù)測極端天氣事件。

中國環(huán)境報：如何更好地推動海洋與氣候研究成果的共享？

喬方利：共享科學(xué)研究成果特別重要，這也是國內(nèi)外科學(xué)家一直呼吁的。科學(xué)家要有更多的數(shù)據(jù)才能更好地認(rèn)識世界、更準(zhǔn)確地找出規(guī)律。但在實際過程中，共享往往是有一定限度的。做觀測需要花很多人力和財力才能獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。一條科考船出海觀測，一天就需要20萬元— 30萬元。我們所組織的一次260多天的環(huán)球航行，花費近1億元。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)完全共享并不容易，很多現(xiàn)實的困難會阻礙科學(xué)數(shù)據(jù)的共享。

為了突破共享數(shù)據(jù)和科學(xué)成果的困難，我們做了很多努力。我們在聯(lián)合國“海洋科學(xué)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展十年（2021—2030）倡議”（聯(lián)合國“海洋十年”）框架下，率50余個國家發(fā)起并實施了“海洋到氣候無縫預(yù)測”國際大科學(xué)計劃，致力于不斷提升海洋和氣候的預(yù)測能力，也推動觀測數(shù)據(jù)和高質(zhì)量預(yù)報產(chǎn)品的國內(nèi)外共享共用，使得整個人類社會從中受益。我國通過這樣的國際大科學(xué)計劃，體現(xiàn)大國的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

比大科學(xué)計劃更高一層，是協(xié)作中心的成立。我們在聯(lián)合國“海洋十年”框架下，成立了海洋與氣候協(xié)作中心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)全球海洋與氣候預(yù)測領(lǐng)域系列國際大科學(xué)計劃的實施，迄今全球共發(fā)起了56個國際大科學(xué)計劃。聯(lián)合國沒有足夠人力資源進(jìn)行協(xié)調(diào)，就授權(quán)一些有能力的機構(gòu)幫助“海洋十年”協(xié)調(diào)相關(guān)大科學(xué)計劃，這是協(xié)作中心的主要職能。迄今為止，聯(lián)合國“海洋十年”在全球范圍內(nèi)批準(zhǔn)設(shè)立了8個“海洋十年”協(xié)作中心，我們中心負(fù)責(zé)全球海洋與氣候領(lǐng)域的協(xié)調(diào)，是中國承辦的唯一協(xié)作中心。經(jīng)過短短兩年的發(fā)展，已成為國際海洋與氣候研究合作的重要平臺。這也是我國在海洋與氣候預(yù)測領(lǐng)域科技實力的體現(xiàn)。

中國環(huán)境報：現(xiàn)在的海洋暖化一直在加速進(jìn)展，如何采取措施應(yīng)對海洋的暖化？

喬方利：應(yīng)對氣候變化，從根本上講需要減少溫室氣體的排放，爭取本世紀(jì)末將全球平均升溫控制在2℃之內(nèi)；如果能控制在1.5℃之內(nèi)最好，但實施難度極大。第二種方式是二氧化碳深海封存，科學(xué)家正在研發(fā)相關(guān)技術(shù)，把二氧化碳收集或捕捉后沉入深海海底。第三個方式是適應(yīng)氣候變化。目前看，海洋加速變暖仍在進(jìn)行過程中。氣候變暖了，降雨會變多還是變少？是不是每個地方都增暖，有的地方變冷有的地方變暖？氣候變暖對哪些區(qū)域利大于弊？這都需要去深入研究，才能不斷適應(yīng)氣候變化。

中國環(huán)境報：現(xiàn)在公眾對海洋的認(rèn)知和理解程度如何？怎樣提高公眾的認(rèn)識和理解？

喬方利：全球公眾對天氣有更多的直觀感受，因此就更關(guān)注大氣的變化。很多生活在內(nèi)陸地區(qū)的人甚至沒有見過海洋，對海洋的認(rèn)識和關(guān)注就會不足。即使一些有很好學(xué)術(shù)背景的人也不一定完全理解海洋和氣候之間的關(guān)系。應(yīng)對氣候變化，需要讓更多人了解氣候變化的相關(guān)科學(xué)知識，科普在其中會起到非常重要的作用。在科普方面，我國還有很大進(jìn)步空間，需要以公眾喜聞樂見的形式，真正架起科學(xué)和公眾之間的橋梁，這也是聯(lián)合國“海洋十年”倡議中的一個重要理念。作為科研工作者，我們不僅要做研究，也要把研究成果轉(zhuǎn)化為公眾可以理解的知識，從而變成他們保護(hù)海洋、愛護(hù)海洋的行動，這對社會可持續(xù)發(fā)展非常重要。

今年7月，我們協(xié)作中心與全球領(lǐng)先的科研出版和信息分析機構(gòu)愛思唯爾（Elsevier）正式簽署了諒解備忘錄，致力于共同推進(jìn)海洋氣候研究科技突破、全球科研培訓(xùn)與科普教育、海洋與氣候科技期刊發(fā)展等工作。備忘錄簽署后的第一次聯(lián)合活動上，我們用愛思唯爾的直播平臺進(jìn)行海洋與氣候變化的相關(guān)宣講，上線聽眾超過13000人，包括領(lǐng)域?qū)＜摇⑶嗄陮W(xué)者、甚至對氣候問題關(guān)注的公眾，這不僅是學(xué)術(shù)的共享和思想的碰撞，也起到了很好的科普作用。未來我們還將繼續(xù)舉辦類似的科普活動，希望大家能夠多關(guān)注。