新研究:當下的氣候預測可能並不准確

據媒體報導,海洋的「生物泵」描述了許多海洋過程,從大氣中吸收二氧化碳並將其輸送到海洋深處並在那里它可以保持隔絕幾個世紀。這個海洋泵是大氣二氧化碳的強大穩壓器、是任何全球氣候預測的重要組成部分。然而來自麻省理工學院(MIT)的一項新研究指出,在今天的氣候模型中,這個泵的表現方式存在顯著的不確定性。

新研究:當下的氣候預測可能並不准確

研究人員發現,用於計算泵強度的「黃金標准」方程的誤差幅度比以前認為的要大,並且海洋將向不同深度輸送多少大氣碳的預測誤差可能在百萬分之10到15之間。

考慮到目前全球每年向大氣中排放二氧化碳的速度約為百萬分之2.5,該團隊估計,新的不確定性將導致氣候目標預測出現約5年的誤差。

MIT地球、大氣和行星科學系的研究科學家Jonathan Lauderdale指出:「如果我們想把巴黎協定設定的升溫幅度控制在1.5度以內,那麼這個更大的誤差條可能至關重要。如果目前的模型預測我們到2040年才能減少碳排放,那麼我們就擴大了不確定性,可以說我們現在可能要(提前)到2035年,這可能是相當重大的一件事情。」

Landerdale和前MIT研究生、現供職於英國南安普頓國家海洋學中心的B.B. Cael今日在《Geophysical Research Letters》上發表了他們的研究。

新研究:當下的氣候預測可能並不准確

對海洋生物泵有貢獻的海洋過程始於浮游植物,這是一種在其生長過程中會從大氣中吸收二氧化碳的微生物。當它們死後,浮游植物攜著碳一起以「海洋雪」的形式沉入水中。Landerdale指出:「這些顆粒就像從海洋表面飄落下來的白色片狀雪花。」

在不同的深度,這些顆粒被微生物消耗,微生物會將這些顆粒中的有機碳轉化為無機的礦物形式、吸入深海–這個過程被稱為再礦化。

在20世紀80年代,研究人員在整個熱帶太平洋的不同地點和深度收集了海洋雪。根據這些觀察,他們生成了一個簡單的冪次律數學關系–馬丁曲線(以團隊成員約翰·馬丁)的名字命名來描述生物泵的強度以及海洋在不同深度可以再礦物化和隔離多少碳。

「馬丁曲線無處不在,它確實是(當今許多氣候模型中使用的)黃金標准,」Landerdale說道。

但在2018年,Cael和合著者Kelsey Bisson表示,用來解釋馬丁曲線的冪次律並不是唯一符合觀測結果的方程。冪次律是一種簡單的數學關系,它假設粒子隨著深度下降得更快。但Cael發現,其他幾種基於海洋雪下沉和再礦化的不同機制的數學關系也可以解釋這些數據。比如一種假說認為,無論在什麼深度,微粒都以相同的速度下落,而另一種假說認為,帶著重的、不易消耗的浮游植物殼的微粒比沒有殼的微粒下落得快。

Lauderdale說道:「他發現你無法分辨哪條曲線是正確的,這有點麻煩,因為每條曲線背後都有不同的機制。換言之,研究人員可能使用了『錯誤的』功能來預測生物泵的強度。這些差異會像滾雪球一樣影響氣候預測。」

在這項新研究中,Lauderdale和Cael研究了如果他們改變生物泵的數學描述會對估算海洋深處儲存的碳產生多大的影響。他們從Cael之前研究過的六個替代方程或再礦化曲線開始。該團隊研究了氣候模型對大氣二氧化碳的預測,如果它們是基於這六種選擇中的任何一種,那麼跟馬丁曲線的冪次律相比會發生怎樣的變化。

為了使比較在統計上盡可能相似,他們首先將每個備選方程跟馬丁曲線擬合。馬丁曲線描述了有多少海洋雪通過海洋到達不同的深度。研究人員將曲線上的數據點輸入到每個備選方程中。然後,他們在MITgcm中運行每個方程,MITgcm是一個模擬大氣和海洋之間二氧化碳通量的一般環流模型。

之後,該團隊運行了氣候模型以觀察跟馬丁曲線冪次律相比,生物泵的每一個替代方程是如何改變該模型對大氣中二氧化碳的估計的。他們發現,海洋能從大氣中吸收和隔離的碳量變化很大,這取決於他們使用的生物泵的數學描述。

Landerdale說道:「令人驚訝的是,再礦化量或海洋雪量的微小變化由於不同的曲線而導致的深度不同都可能導致大氣中二氧化碳的顯著變化。」

結果表明,海洋的生物泵強度及決定海洋降雪速度的過程仍舊是一個懸而未決的問題。「我們肯定需要對海洋雪進行更多的測量以打破背後的機制。因為可能所有這些過程都是相關的,但我們真的想知道是什麼在推動碳封存,」Landerdale補充道。

來源:cnBeta