我们经常说“全球变暖”，主要是从温度（代表着能量）的角度出发，地球“发烧了”！ 

　　然而，全球变化对地球上的人类和其他生物产生影响的不只是温度，更重要的是其引发的一系列“症状”，比如： 

　　海平面升高会淹没海岛国家/侵蚀陆地 

　　海洋变暖导致珊瑚礁适应不了大量死亡 

　　台风的强度/数量以及登陆频率增加 

　　北极更多的出现极高温天气，详见：北极发烧了？ 

　　冰川融化 

　　全球各地极端高温/寒冷天气增加，详见：全球暴风雪哪里强？ 

　　…… 

　　上周，Nature发表了一篇文章（Schmidtko et al. 2017），提醒大家注意气候变暖的另一个症状：海洋溶解氧减少——海洋缺氧了！ 

　　氧气是人类和其他生物赖以生存的必备条件，地球的氧主要是在存储在大气中的，海洋仅仅包含了1%的地球全部氧含量，但却是海洋生物能过活下去的保证（Diaz & Rosenberg 2008）！ 

　　过去，基于一些气候模型的研究，已经预测了在全球变暖背景下海洋的氧含量会减少，到2100年会减少7%，但到底过去几十年有没有减少一直缺乏坚实的观测证据。 

　　这个研究首次使用全球海洋氧含量观测数据重构了过去50年海洋氧含量变化，首次用观测证实了海洋过去50年氧含量降低2%！ 

　　结果很exciting，但他们是怎么做出来的？结果靠谱吗？ 

　　我们首先需要看他们的观测数据  ↓↓↓

　　全球海洋氧含量观测数据分布（1990-2014），每隔5年做一个统计，蓝色的点是观测的位置 

　　数据主要源自美国大气海洋局(NOAA)的海洋数据中心、伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）、CLIVAR碳和水文数据库、南大洋海洋数据库、Pangaea数据库。  

　　可以看到过去氧含量的观测其实是非常非常稀疏的。这也是为什么一直以来没有人做出来全球氧海洋长期变化趋势的原因。 

　　这个研究(Schmidtko et al., 2017)能够发表，首先是搜集到了目前为止最大规模的海洋氧含量数据。 

　　其次，如何利用稀疏的观测得到全球的估计需要使用插值方法：就是拿已有观测数据去推测没观测区域的变化。这样的“推测”在物理上是有可能的，因为海洋不同位置的变化并不是相互独立的，而是受到一些统一的物理规律制约。如何发现物理规律并用之做这样的“推测”是类似研究能够成功的重要保证。我们今后还将详细讨论这个问题（预告预告）。 

　　在Schmidtko et al. 2017研究中，他们的方法很简单：对一个没有观测的海区，找和它临近的海区有没有观测，如果2000公里内有观测，则用找到的所有观测做个加权平均。 

　　道理很简单吧？但是但是！物理规律在哪里呢？ 

　　囧，这种方法用的道理就是：位置越接近海洋变化越类似！你可能会觉得很简单，也很容易找到缺陷，但是这是海洋学家在观测不充足的条件下长期使用的方法（一阶近似）。 

　　比如其中一个缺陷就是，海洋在东西向和南北向的变化是不一致的：同样的距离，南北向比东西向变化更剧烈。一个更通俗的类比是：现在你从北京往南走2000公里走到广州就会发现换了一个季节，但是往西走2000公里到青海就可能没太大感觉。如果各位感兴趣，会有很多可以做的更好的方法（再次强行预告）。 

　　到现在为止，我们大概知道了他们是怎么做了，也看到他们的结果大概是靠谱的，但不是完美的。 

　　从他们画出的溶解氧长期变化趋势图  ↓↓↓

　　全球过去60年溶解氧变化趋势，红色为溶解氧减少，蓝色为增加 

　　红色是溶解氧减少，可以看到这些地方其实略奇怪，都是一圈一圈的分布（比如热带太平洋，东大西洋等），就像高度近视的眼镜一样，这明显反映了他们用的插值方法的缺陷。但是不要忘了，科学的进步一定是渐进的，需要通过漫长积累的，如果有人和你宣传说他的研究“石破天惊”，那多半不靠谱，或者诺奖指日可待。 

　　海洋缺氧“窒息”？为什么呢？是谁掐住了其“命运的喉咙”（字母圈的？）这篇文章并没有给出明确的结论。但是前面也讲了，很多气候模型已经给出了一些可能的机制了（比如Long et al. 2016）。 

　　首先我们明确溶解氧是哪里来的？ 

　　这个问题容易回答：大气中的氧溶解到上层海洋、以及海洋上层浮游植物光合作用产生。咦，大家发现没，海洋中溶解氧的来源是在上层比较浅的海洋中的！那么解释其长期变化也与其来源紧密相关。 

　　过去溶解氧降低，其中一个最重要的贡献是海洋是不断变暖的（0-700米海洋平均变暖速度大概是0.6瓦特每平方米），热的海水对氧的溶解度更低。这个机制很容易理解：我们喝的可乐总是在冰箱里存着，因为气体在冰的水里面能溶解更多，你可以试试加热一下再开瓶，有惊喜哦。 

　　第二个可能机制也好理解，海洋上层变暖比下层变暖更快，冷水在下面、暖水在上面，这样的流体更加稳定（类比热带天气变化更剧烈，是因为靠近地面更热，气流就往上跑），更加稳定的海洋更加阻止了上层的溶解氧向深海运输。 

　　第三个最复杂和最重要的机制就是海洋环流的变化，海洋本身是在不断地运动着的，海流会把上层的溶解氧带到深海。 

　　请看全球海洋溶解氧的平均分布图  ↓↓↓ 

　　全球溶解氧总量分布图 

　　可以看到，大西洋和南大洋的溶解氧是最多的，这是因为这两个大洋存在非常强的下沉洋流，更容易把上层的溶解氧带到深海。而东太平洋的溶解氧比较少，因为强烈的上升洋流的存在。气候变化的背景下海洋环流本身是会发生一些变化的，这也导致了溶解氧的变化。 

　　但是，海洋环流太过复杂，在气候变化背景下如何变化是一个尚未完全解决的问题。目前对这类问题的解决一般依赖于气候模型，但是气候模型总有种种偏差，所以相关研究总是有一定的争议。 

　　Long, M. C.,Deutsch, C. A. and Ito, T. 2016. Finding forced trends in oceanic oxygen. Glob.Biogeochem. Cycles 30, 381–397.

　　Schmidtko, S., Stramma, L. andVisbeck, M., 2017. Decline in global oceanic oxygen content during the pastfive decades. Nature, 542(7641): 335-339.

　　Diaz,R. J. & Rosenberg, R. 2008. Spreading dead zones and consequences formarine ecosystems. Science 321, 926–929.

　　https://www.washingtonpost.com/news/energy-environment/wp/2017/02/15/its-official-the-oceans-are-losing-oxygen-posing-growing-threats-to-marine-life/?utm_term=.ee30104579be