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星期五, 2010年 4月 30日

气候变化—海洋也暖起来了

在消防处同事的协助下,天文台在北角量度海面温度已超过30年。 最近,同事替我计算海面温度的趋势,惊讶地发现海面温度自1970年代以来上升了0.5度。

图一   自1975至2009年北角的年平均海面温度。线性显著值在5%水平。
图一  自1975至2009年北角的年平均海面温度。线性显著值在5%水平。


这个结果与全球的趋势一致,请参阅以下的图表。

图二   自1850年至2005年全球海面温度的年距平(相对1961至1990年平均)。
图二  自1850年至2005年全球海面温度的年距平(相对1961至1990年平均)。
(来源:政府间气候变化专门委员会第四次评估报告书2007)


你可能觉得0.5度没有什么大不了。 但是,鲜为人知的是,海水是极难加热的。为了比较不同物质加热所需能量,科学家使用比热这物理量来表示。比热是指将一克物质的温度提升一度时所需要的热力或热能。比热越高的物质意味着愈难升温。 下列一些常见物料的比热:

常见物料的比热


在上表中,所用的单位是焦耳 / (每一克 • 每一开度) (本文中开度可视作与常用的摄氏度一样)。因此,将一克的海水提升一度大约需要4焦耳的能量。可以看到,海水的比热远远大于其他物料。

随着大气中人为温室气体的增加,整个地球正在积累热量。这些「额外热能」被陆地、空气、冰或雪和海洋所吸收。 由于水有颇高的比热,海洋是一个储存着庞大能量的巨型储藏库。

大家可知道海水暖化并不局限于表面。 看一看以下在海洋顶部700米暖化的图表。

图三   全球海洋顶部0至700米层面热容量[注]时间序列。
图三  全球海洋顶部0至700米层面热容量[注]时间序列。
(来源: 美国国家海洋和大气管理局国家海洋数据中心, 参照Levitus 等 (2009)
http://www.nodc.noaa.gov/OC5/3M_HEAT_CONTENT/)


海洋暖化的一个直接后果是海平面高度上升。 科学家估计,从1993至2003年,海水遇热膨胀使到海水上升约18 毫米(即大约每年1.6毫米) 。在一个高温室气体排放的情景下(即人类活动照常、生活方式及能源使用量不变),海平面高度会变本加厉在本世纪末之前进一步上升超过0.4 米。

我曾于2009年11月2日的网志中指出,由于海平面上升,台风所带来的风暴潮会加剧。

图四   在热带气旋影响下,沿岸地区较容易受到水浸影响。
图四  在热带气旋影响下,沿岸地区较容易受到水浸影响。


最近我的同事进行了一些计算,结果显示,如果香港的海平面上升0.4米,过去五十年一遇的风暴潮将会变为五年一遇。统计学上,这即是说,平均五十年才出现一次的3.5米高风暴潮,将变成平均五年便会出现一次。类似的风暴潮记忆犹新。在2008年,台风黑格比带来的风暴潮达到3.53 米,引致香港低洼地区严重水浸。很多人仍对一位记者在大澳水深及胸的情景留有深刻印象。

上述的数字告诉我们,在气候变化的影响之下,单单是海水受热膨胀已足以引起灾难。


李本滢

注: 海洋热容量是指在地球海洋里贮存的热量,单位为焦耳。


参考:
Bindoff, N.L., J. Willebrand, V. Artale, A, Cazenave, J. Gregory, S. Gulev, K. Hanawa, C. Le Quéré, S. Levitus, Y. Nojiri, C.K. Shum, L.D. Talley and A. Unnikrishnan, 2007: Observations: Oceanic Climate Change and Sea Level. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA

Levitus, S., J. I. Antonov, T. P. Boyer, R. A. Locarnini, H. E. Garcia, and A. V. Mishonov (2009), Global ocean heat content 1955–2008 in light of recently revealed instrumentation problems, Geophys. Res. Lett., 36, L07608, doi:10.1029/2008GL037155.

Lee, B.Y., W.T. Wong, and W.C. Woo (2010), Sea-level rise and storm surge – Impacts of climate change on Hong Kong, The HKIE Civil Division Conference 2010 - Infrastructure Solutions for Tomorrow, 12-14 April 2010.



最近修订日期: <2013年9月27日>