在人类认识气候变化的过程中，一直有一朵挥之不去的“阴云”：评估气候变化的观测站点主要集中在北半球大陆地区的陆地表面，而地球表面积占比巨大的海洋表面及内部不仅站点稀疏，而且观测时间短，这很可能使仅基于陆面温度计算的全球温度变化存在较大的偏差。然而是，最近关于海洋资料的分析工作，让这朵“阴云”逐渐散去，并揭示了一个事实——

    海洋是气候系统的关键一环

    在宇宙中，地球看起来就是一颗蓝色的水球，海洋覆盖了地球表面积约71%，平均厚度达4千米，储存着97%的水资源。海洋总质量达到1.4×1018吨，大气总质量仅为5×1015吨，仅为海洋总质量的约0.36%。加之海水的比热容远大于大气与陆地表面，因此海洋的热储存能力更强，是全球气候变化的主要调节器。

    进入地气系统的太阳辐射，经过大气、云层和表面的反射，以及大气层的吸收之后，只剩约51%用于加热地球表面，这其中70%被海洋吸收，然后再以长波辐射、潜热和感热等多种能量形式释放出去。然而，在过去100多年里，全球温室气体逐渐增加，使地球系统“困住”了更多的热量，直接驱动了全球变暖，这些能量90％以上都存储在海洋中，因此海洋热含量变化是气候变化的一个核心指针：全球变暖事实上是海洋变暖。当考虑全球能量或热量变化时，甚至可以忽略大气和陆地表面温度的变化，只分析海洋热容量的变化，也可较为准确地了解地球气候系统的变化状况。

    补足海洋资料缺失的拼图

    随着全球温室气体浓度数值不断攀升，全球变暖已经成为既定事实，但海洋变暖情况还一直亟待解决，这主要是因为过去缺乏海洋观测数据：不仅数量偏少，而且质量不佳。

    从1998年起，国际上开始筹建全球实时海洋观测网(Argo)，Argo所用的自动剖面浮标是一种圆柱体状的自沉浮装置（如图），长约1.5米、重45公斤左右。投放入海后浮标会自动下潜至1000米水深，随着洋流漂移数天（一般为10天），再次下潜1000米，抵达2000米深度后慢慢上升，回到海洋表面，并在上升过程中利用自身携带的电子传感器，逐层测量海水的温度和盐度等海洋环境数据。当浮标到达海面后，会自动将定位及测量的数据发送给卫星，再中继给各数据中心。之后，浮标又会再次下潜，进入下一个观测循环。

    Argo所用的浮标可以在茫茫大海上自动运行4~5年，直到浮标自带的电池容量耗尽为止。由于具有无须日常维护、不易受到人为损坏的优点，可以长期、自动、实时和连续获取大范围、深层海洋资料，这种浮标被视为“海洋观测手段的一场革命”。

    重建海洋长期资料

    Argo资料真正丰富起来是在2005年之后，在此之前的海洋观测主要依靠船舶，不仅观测稀少，而且主要分布在北半球中纬度航线较为丰富的区域。重获过去100多年，尤其是过去50多年的海洋中上层热含量的变化状况，成为进行气候变化研究重要的研究课题。海洋数据领域科研人员一直在持续不断地改进旧数据的质量、发展新的技术以更准确地重构过去海洋的状态。

    目前，国际海洋研究领域一般用海洋次表层抛弃式测温仪器（XBT）观测数据，这是目前仅有的历史资料里的核心部分。不过这种仪器的观测数据存在一些问题，例如时空分布非常不均匀，数据存在系统性偏差等。如何订正XBT数据的系统性偏差是一个难题，从2008至今，国际不同的研究小组提出了超过10种偏差订正方案。

    中国科学院大气物理研究所朱江和成里京研究团队，在2014年提出的海洋数据偏差订正方案脱颖而出，是目前国际上推荐的最佳订正方案。该方案有效地克服了目前主流方案中低估历史海洋次表层温度的长期变化的问题，并且对无观测的区域进行温度场重构。该研究团队最终重建了一套自1940年以来全球海洋上层2000米的月平均温度数据集，并不断对数据进行更新。此数据水平为1度×1度网格、垂向从1m到2000m总共41层，能够很准确地再现1940~2015历史区间内的气候平均态、年代际变化（如PDO）、年际变率（如ENSO）、以及长期趋势。目前可以从中国科院大气所网站免费下载。

    （http://159.226.119.60/cheng/）（上）

    （作者系中国科学院大气物理研究所副研究员，中国科学院青促会会员，主要从事平流层-对流层相互作用、东亚季风和极端天气气候变化等方面研究）