展望地球未來的氣候

展望地球未來的氣候

從太空，衛星可以看到地球的呼吸。美國宇航局的一項新的可視化研究顯示，從1997年9月到2017年9月，對陸地和海洋表面的植物生命進行了20年的連續觀察。在陸地上，植被呈現棕色(低植被)到深綠色(大量植被);在海洋表面，浮游植物以紫色(低)到黃色(高)的比例顯示。這一可視化是由衛星(包括SeaWiFS)和儀器(包括NASA/NOAA可見光紅外成像輻射計套件和中解析度成像光譜儀)提供的數據創建的。

美國國家航空航天局(NASA)一位科學家的最後一篇科學論文在他死後於本月發表，它揭示了對地球氣候最複雜挑戰之一的新見解:理解和預測未來大氣中溫室氣體的水平，以及海洋和陸地在確定這些水平方面的作用。

本文包含一個重要的信息:衛星正在真正的改善從太空準確測量溫室氣體,但在未來一個更複雜的系統的觀察將必要的理解和預測地球的氣候變化的社會所需的精度。

這篇論文關注的是:地球的生物圈及其與地球氣候的相互作用。在20世紀80年代，塞勒斯幫助開創了計算機模擬地球植被的先河。在這篇新論文中和合著者們研究了「碳循環-氣候反饋」(即自然系統對人類排放造成的氣候變化的潛在反應)，並提出了如何從太空中最有效地衡量這種反應的設想。

陸地、海洋和空氣之間的碳交換在決定大氣中溫室氣體的數量方面起著巨大的作用，這將在很大程度上決定地球未來的氣候。但是，遊戲中有複雜的交互作用。雖然溫室氣體的人為排放在大氣中不斷增加，但陸地生態系統和海洋仍然抵消了大約50%的排放。隨著氣候變暖，科學家們不確定森林和海洋是否會繼續吸收大約一半的碳排放——就像碳匯一樣——或者如果這種抵消減少了，或者碳匯變成了碳源。

論文合著者、噴氣推進實驗室的科學家、塞勒斯的長期科學合作者大衛·希梅爾(David Schimel)說，論文記錄了他、塞勒斯和其他合著者如何將這個科學問題視為NASA地球科學的關鍵研究目標之一。

「我們都認為理解碳循環反饋的未來是氣候變化科學的一大挑戰，」Schimel說。

研究報告的合著者、俄克拉荷馬州大學的Berrien Moore III說，近幾十年來，科學家對地球生命系統如何與大氣中不斷上升的溫室氣體相互作用的理解發生了巨大變化。自20世紀80年代以來，摩爾一直是塞勒斯和西梅爾的科學合作者。他說，當時，科學家們認為海洋吸收了每年約一半的碳排放，而陸地上的植物只起到了很小的作用。科學家們現在了解到，海洋和陸地共同吸收了大約一半的排放，而地球系統的作用受到諸如厄爾尼諾和拉尼娜等大規模天氣模式的嚴重影響。摩爾還是美國國家航空航天局(NASA)一項名為「地球碳」(GeoCarb)的任務的首席研究員。該任務將於2022年發射，從地球靜止軌道監測西半球大部分地區的溫室氣體。

美國國家航空航天局(NASA)於2014年發射了繞軌道運行的「碳觀測-2」(OCO-2)，隨著測量和計算機建模技術的進步，科學家們對碳在陸地、海洋和大氣中的運動方式有了更好的理解。這篇新論文以之前的研究為基礎，重點關注2015年一系列奇怪的事件。在那一年裡，人類二氧化碳排放量幾十年來首次趨於平穩，但與此同時，大氣中二氧化碳濃度的增長率卻大幅上升。

這進一步證明了科學家多年來一直在研究的東西——包括天氣、乾旱、火災等因素的複雜組合導致了大氣中的溫室氣體水平。

然而，隨著新的OCO-2觀測和基於太空的植物熒光測量(本質上是一種光合作用的測量)的結合，研究人員已經開始對2015年全球碳的吸收和釋放做出更準確的估計。

這份報告是在2015年由賣方Schimel和Moore領導的碳循環研討會上發表的。席梅爾和摩爾都指出，參加研討會的40多名參與者中，每一個人都參與了會議的最終科學報告——這是罕見的事情。他們將這部分歸功於塞勒斯在激發思考和行動中所扮演的鼓舞人心的角色。

「如果房間里有像皮爾斯這樣的人，就會產生磁場效應，」摩爾說。「皮爾斯把肩膀靠在方向盤上，所以每個人都得把肩膀靠在方向盤上。」

Schimel和Moore說，工作間的論文為未來的太空觀測系統提供了一個設想，以測量、理解和預測碳循環反饋:主動和被動的儀器，以及在地球和地球靜止軌道上運行的衛星。在未來的幾年裡，NASA和歐洲、日本和中國的航天機構都將啟動新的溫室氣體監測任務。

「皮爾斯認為把它弄對是絕對必要的，」Schimel說，「而且對於大多數人來說，第一次就把它做好是至關重要的。」

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