英国决定建立气候临界点预警系统

一座冰山漂浮在格陵兰海岸附近的伊卢利萨特冰峡湾。图片来源：Getty

据《麻省理工科技评论》报道，英国最近启动了一项耗资约七亿人民币的预警系统开发计划，以便在地球濒临气候临界点时发出预警。

气候临界点是一个阈值，超过这个阈值，某些生态系统或行星过程开始从一种稳定状态转变为另一种状态，从而引发气候系统的剧烈变化，而且往往是自我强化的变化。

高级研究与发明局（ARIA）于9月4日宣布，正在征集针对两个相关气候临界点的系统开发提案。一个是格陵兰冰盖的加速融化，这可能会使海平面急剧上升；另一个是北大西洋副极地环流的减弱，该环流是格陵兰岛以南逆时针旋转的巨大洋流，可能在14世纪左右引发小冰河时期的过程中发挥了作用。

这项为期五年的计划的目标是减少科学上的不确定性，即这些事件何时可能发生，它们将如何影响地球和地球上的物种，以及这些影响可能在多长时间内形成并持续。最终，ARIA希望能够提供一个概念验证，证明预警系统是“可负担、可持续和合理的”。目前还不存在这样的专用系统，不过人们正在进行大量研究，以更好地了解超过气候临界点的可能性和后果。

临界点研究计划的项目主任萨拉·伯恩迪克（Sarah Bohndiek）说，我们没有充分认识到，跨越这些临界点可能会加剧气候变化的影响并增加危险，而且可能就发生在未来几十年内。伯恩迪克也是剑桥大学的生物医学物理学教授。

“通过开发早期预警系统，我们或许能够改变我们对气候变化的看法，并为气候变化做好准备。”伯恩迪克说。

ARIA计划资助的这项研究旨在实现以下三个目标：开发能够承受恶劣环境的低成本传感器，并提供有关这些系统状况的更精确、更必需的数据；部署传感技术，以创建“监测这些临界系统的观测网络”；建立计算机模型，利用物理定律和人工智能从数据中发现“微妙的临界预警信号”。

但观察家们强调，无论是格陵兰冰盖的加速融化还是北大西洋副极地环流的减弱，为其设计精确的预警系统都不是一件简单的事，而且可能在短期内无法实现。科学家们不仅对这些系统的了解有限，而且有关它们在过去的表现数据也是零散且具有较大误差和偏差的，在这些环境中建立广泛的监测工具既昂贵又繁琐。

不过，人们普遍认同需要更好地了解这些系统以及世界可能面临的风险。

实现突破

显然，格陵兰冰盖和北大西洋副极地环流中任何一个发生倾覆，都会对地球及其居民产生巨大影响。

近几十年来，随着全球变暖，格陵兰冰原上的数万亿吨冰融化，将淡水注入北大西洋，推高了海平面，减少了冰雪反射回太空的热量。

随着北极变暖速度超过全球平均水平、温度更高的海水侵蚀支撑陆地冰川的冰架，冰层融化速度正在加快。科学家们担心，随着这些冰架的坍塌，冰原将变得越来越不稳定。

冰原的完全消失将使全球海平面上升20多英尺（6米），淹没海岸线，并引发全球大规模气候迁移。

但无论如何，大量海水涌入北大西洋也会大大减缓有助于推动副极地环流的对流系统，因为较新鲜的海水密度较低，不容易下沉。(盐度较高、温度较低的海水容易下沉）。

根据去年的一项研究，副极地环流的减弱可能会冷却欧洲西北部和加拿大东部的部分地区，使喷气流向北移动，在整个欧洲形成更不稳定的天气模式，并破坏农业和渔业的生产力。

副极地环流还可能影响大西洋经向翻转环流（AMOC）的强度，AMOC是一个洋流网络，将大量热量、盐分和二氧化碳输送到全球各地。副极地环流减弱将如何影响AMOC的具体细节仍有待研究，但其急剧减速甚或停止被认为是最危险的气候临界点之一。除其他广泛影响外，它还可能使北欧大幅降温。 

不过，AMOC的倾覆本身并不是ARIA研究计划的重点。

ARIA于去年正式成立，旨在“实现科学和技术突破”，是英国对美国DARPA和ARPA-E研究计划的回应。该机构资助的其他项目包括开发精密神经技术、提高机器人灵活性，以及构建更安全、更节能的人工智能系统。此外，ARIA还在制定开发合成植物的计划，并探索可为地球降温的气候干预措施，包括太阳能地球工程。

伯恩迪克和临界点项目的另一位项目主任——剑桥大学助理教授杰玛·贝尔（Gemma Bale）——都是医学物理学家，之前专注于开发医疗设备。在ARIA，他们的初衷是从事医疗保健分散化的工作。

但伯恩迪克表示，他们很快就意识到，“如果气候变化真的跨过了这些大门槛（临界点），那个人健康层面的很多事情就无关紧要了”。她补充说：“如果我们最终要生活在一个变暖如此之多的世界上......分散医疗保健的问题还重要吗？”

伯恩迪克和贝尔强调，他们希望该计划能吸引到那些不怎么从事气候变化研究的研究人员申请。他们补充说，任何打算在格陵兰岛或周围地区开展工作的研究团队都必须与当地社区、政府和其他研究团体进行交流和接触。

倾覆危险

人们已经在努力加深对副极地环流和格陵兰冰盖的了解，包括它们向不同状态倾覆的可能性、时间和后果。

例如，定期进行实地考察，测量和完善格陵兰冰盖流失的模型。多个研究小组建立了横跨大西洋各点的传感器网络，以更密切地监测洋流系统的变化情况。一些研究已经强调了一些“预警信号”的出现，表明AMOC可能在未来几十年内崩溃。

但是，ARIA计划的目标是加快此类研究工作，并提高我们预测临界事件的能力。

迈阿密大学的海洋学家威廉·约翰斯（William Johns）专注于观测AMOC。他说，该领域距离有足够把握断定副极地环流或AMOC将在自然波动范围以外发生减弱还有很长的路要走，更不用说精确地说出它们会在何时减弱了。

他强调说，在这些问题上，各模型之间仍存在很大分歧，而且关于古代时期上述系统发生倾覆之前的相关证据也很有限，所有这些都让“我们应该最密切地监测哪些信号”变得模糊不清。

罗德岛大学的海洋学副教授海梅·帕尔特（Jaime Palter）补充说，她认为资助一个以副极地环流倾覆为重点的研究项目是一个“令人费解”的选择。她指出，研究人员认为风比对流更能推动副极地环流的发展，副极地环流与AMOC之间的联系并不十分清楚，而后者的减速正是该领域备受关注的问题，也是世界上更多人担心的问题。

但她和约翰斯都表示，提供资金对格陵兰冰盖和副极地环流进行更密切的监测，能够大幅提高科学界对于其运作机制及其发生倾覆概率的认知。

激进的干预措施

如果ARIA或其他任何人真的设法开发出高置信度的预测系统，那么世界该怎么办呢？

伯恩迪克强调，达到临界点的影响不会立竿见影，世界仍有数年甚至数十年的时间来采取行动，防止这些格陵兰冰盖或副极地环流崩溃，或者开始适应它们带来的变化。如果冰盖融化，这可能意味着要建造更高的海堤或迁移城市。如果副极地环流减弱，欧洲大部分地区可能不得不向世界其他地区寻求食物供应。

当然也有可能产生戏剧性的干预措施，比如实施大规模、耗资巨大的工程项目，支撑冰架或想办法将冰盖更稳定地冻结在基岩上。

同样，它们可能会改变人们权衡气候变化危险与太阳能地球工程等干预措施风险的方式，太阳能地球工程涉及在大气中释放微粒，从而将更多热量反射回太空。

但一些观察家指出，如果有足够多的淡水涌入大西洋，从而削弱环流，并大幅减缓更广泛的大西洋洋流系统，那人类将没有办法阻止它。

“我真的看不出人们能采取什么行动，”约翰斯说，“你不可能把所有淡水都吸干，你也不可能大规模阻挡融水。”

贝尔欣然承认，他们选择了一个很难解决的问题，但她强调说，ARIA研究项目的重点是在“可能的边缘”开展工作。

贝尔说：“我们确实不知道这些预警系统是否可行，但我认为，如果是可行的，我们知道它对社会是有价值的、重要的，这也是我们的使命之一。”

原文以The UK is building an alarm system for climate tipping points为题发表于MIT Technology Review。

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