作者：成里京（中国科学院大气物理研究所）
绘图：骆玫
来源：《知识就是力量》杂志
近百年来 ， 人类的社会、工业等活动不断消耗着储存在地球内部亿万年的煤炭、石油、天然气等化石燃料 ， 释放出大量二氧化碳等温室气体 。 过去80万年 ， 大气中的二氧化碳浓度均在170~300ppm（百万分率）之间波动 ， 而在2020年 ， 大气二氧化碳浓度已经超过了415ppm 。
空气中越来越多的温室气体就像棉被一样盖住了地球 ， 使得地球不断的被“捂热” ， 地球气候系统的能量逐渐增加 ， 这就是全球变暖 。 同时 ， 因为水相对于空气、陆地来说 ， 储热能量更强 ， 所以全球变暖增加的能量90％以上都存储在海洋中 ， 使得海水变暖、发烧 。 当你发烧时量体温可以用额头、腋下等各式体温计 ， 那么大海发烧了我们该怎么测量出温度呢？测量大海的“体温计”又长啥样？今天就让我们跟随科研人员的脚步去一探究竟 。
给海洋测体温的“探海神器”?
为了测量海洋温度 ， 科学家们发明了各式各样的“探海神器” 。 不同的仪器适用于不同的观测条件、地理位置、观测平台或者测量精度 。 这里有大型的需使用科考船上的吊臂才能进行观测的CTD仪器（温盐深探仪）、有水下的小飞机—水下滑翔机、有非常精巧的抛弃式探温仪XBT、还有人类装备在海陆双栖的哺乳动物（如海狮等）身体上的仪器······
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CTD仪器（温盐深探仪）
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放置于哺乳动物身上的仪器
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水下滑翔机
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XBT（抛弃式探温仪）
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Argo（地转海洋学实时观测阵）
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笔者在地中海头投放XBT仪器
2017年 ， 我跟随意大利国家新技术中心的一位教授参加了位于地中海的一次海洋调查科考活动 。 在2天1夜的航程中 ， 我们每隔30~60分钟就往海里投放一次XBT仪器 ， 每次测量持续1~2分钟 ， 探测地中海海域从海表到700米深的海水温度 。 在这个航次中 ， 我们得到了50余个站位的地中海“体温”观测数据 。 虽然过程中不分昼夜的工作 ， 对体力提出了极大的挑战 ， 让我充分感受到作为“大海测温员”的不容易；但艰辛之后 ， 通过得到的数据 ， 却也揭开海洋神秘面纱的一角 ， 又觉得这项事业的神圣伟大 。
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Argo在海洋中的观测流程
正是因为依赖于航船和人力的观测手段费时、耗力 ， 长期以来科学界呼唤一种可以自动进行大规模观测的仪器 。 “探海神器”Argo应运而生：它是一种水下的自动浮、沉的圆柱体装置 ， 长约1.5米、重约45千克 ， 学名叫“地转海洋学实时观测阵” 。 一旦投放入海 ， 浮标会自动下潜至1000米水深 ， 随着洋流漂移大概9天 ， 然后再次下潜1000米 ， 抵达2000米深度后慢慢上升 ， 回到海洋表面 。 在上升过程中 ， Argo会利用自身携带的电子传感器 ， 逐层测量海水的温度、盐度等海洋环境数据 。 当浮标到达海面后 ， 会自动将位置、测量的数据发送给卫星 ， 再通过卫星转发给位于世界各地的不同科学数据中心 。 完成数据传输任务后 ， 浮标又会再次下潜 ， 进入下一个观测循环 。
这种“神器”一旦下水 ， 就不需要日常维护 ， 也不易受到人为损坏 ， 所以可以长期、自动、实时和连续获取大范围、深层的海洋资料 。 Argo取代了人类 ， 成为了目前最主要的“大海测温员” ， 被视为“海洋观测手段的一场革命” 。 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 ， 通常一个浮标在其生存期内可以获得100~200条剖面数据 。
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2005~2020年全球海洋观测数据分布图 ， 不同颜色的点代表用不同的仪器进行的观测 。 灰色点为Argo、红色点为XBT(抛弃式探温仪)、浅蓝色点为放置于哺乳动物身上的探测仪器、橙色的点为主要放置在科考船上的CTD(温盐深探仪)、黑色点为浮标观测、绿色的点为锚定浮标、深绿色点为水下滑翔机 。
Argo计划自2000年正式实施以来 ， 全球包括美国、澳大利亚、法国、英国、德国、日本、韩国、印度和中国等世界上几十个国家的团体在全球海洋共布放了大量Argo浮标 ， 组成了全球Argo实时海洋观测网 ， 从而真正意义实现了对全球海洋中上层的实时观测 。 2020年12月 ， 全球海洋内部正漂流着3885个Argo浮标 ， 为全球海洋状态提供持续实时的监测 。
海洋正成为全球变暖的储热罐
在各种“探海神器”的加持下 ， 人类对海洋的温度探测已经几乎覆盖了全球上层2000米的所有开阔海域 ， 这为我们不断地监测海温提供了基础 。 这么多的测量数据传回之后 ， 怎么算出海洋平均温度呢？这就需要进一步进行数据校准及数据均一化工作 。 后者是把不均匀分布的海洋数据处理为规则的网格化数据的过程 。 我所在的中国科学院大气物理研究所等单位不断地计算海洋温度变化 ， 为海洋“算体温” 。
1958~2020年全球上层2000米海洋热含量变化 。 红色样条表示比1981~2010年平均状况偏暖；蓝色样条表示比这30年的状况偏冷；黑色线为月平均海洋变化 。
过去(1958年至今)和未来(2020年-2100年)的全球0~2000米海洋热含量变化图 。 虚线为气候模型的模拟结果 ， 实线为中国科学院大气物理所监测数据（红色：维持高温室气体排放；紫色：可以接近实现《巴黎协定》目标 。 ）
上图是自1958年以来全球海洋上层2000米热量的变化 。 数据显示 ， 海洋上层2000米的水体热含量不断攀升 ， 这直接反映了越来越多的温室气体使得海洋不断在吸收热量 。
近60 年 ， 0~2000米深的海洋平均温度上升了约0.13℃ ， 海洋变暖总量达3.8×1023焦耳 。 这些热量 ， 相当于60亿颗广岛原子弹爆炸的能量 ， 相当于过去60年的每一秒钟都爆炸约4颗广岛原子弹 。 这些热量 ， 这也相当于中国2017年全年发电量的1700倍 。
同时 ， 监测数据表明 ， 海洋变暖正在加速！1986年以后海洋上层2000米变暖速率是1958—1985年间的8倍 。 过去的80年间 ， 每一个10年都比上一个10年更暖 。
2020年 ， 全球海洋上层2000米吸收的热量与2019年相比增加了2×1022焦耳 ， 这些热量可以使13亿个1.5升的电热水壶的水同时烧开 。 为什么海洋没有烧开呢？因为海洋实在太大了 ， 海洋总体积约1.32×1021升 ， 相当于8.8万万亿个热水壶 。
如何让海洋退烧
海洋发烧对我们人类和地球的生态系统都已经造成了很多负面影响 ， 例如：海平面上升、强台风更强、珊瑚礁生态系统退化、海洋鱼类种群变化等 。 研究也表明 ， 海洋变暖在21世纪将持续 。
那么 ， 我们可以做什么让海洋退烧呢？
2015年 ， 全球各国政府首脑同聚一堂 ， 签订了《巴黎协定》 ， 这为人类共同解决气候变化设定了目标 。 《巴黎协定》目标是：把全球气温上升幅度控制在工业化水平之上2℃以内 ， 并为控制在1.5℃内付出努力 。 如果能实现这个目标 ， 可极大地减少全球变暖的影响和风险 。 为了实现这一控温目标 ， 全球各国都必须逐步减少温室气体排放 ， 推行绿色低碳的经济和社会发展方式 。
作为青少年 ， 可以为应对和解决气候变化做些什么呢？首先 ， 要养成节约能源的习惯：多选择乘坐公交车、骑自行车 ， 减少使用私家车 。 在大街上跑的各种车辆中 ， 大部分都是烧汽油、柴油 ， 它们不断地从尾气管中排出二氧化碳等温室气体 。 减少汽车的排放 ， 能有力帮助应对气候变化 ， 同时还有助于减少空气污染 。
在选购和使用各种电器的时候 ， 尽量选择节能型的 。 在房间中自然光线充足的时候尽量不开灯 。 这些做法不仅有助节能减排 ， 还可以实实在在地减少电费账单 ， 为家里省钱 。
在穿衣等日常生活中 ， 践行“勤俭节约”这个理念 ， 因为服装在生产、加工和运输过程中也要消耗大量能源 。 同时 ， 少用或者不用塑料袋 ， 塑料袋不仅在生产过程中会消耗能源 ， 它们也对河流、大海造成极大的污染 ， 很多水生动物无法区分塑料袋和水母等它们的食物 ， 一旦误食就无法消化 ， 造成了死亡等严重后果 。
【体温|我们的大海正在发烧？体温多少度了？该如何测量？快跟科学家一起来看看吧！】给大海测体温是科学家们的使命 。 而海洋环境变化和每个人都息息相关 ， 保护海洋就是保护人类的未来 ， 是我们每一个人的共同使命 ， 希望青少年从身边的每一件小事做起！
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