普林斯顿大学研究人员发现，一项新的研究发现，海水温度和海洋酸化在过去三十年中已经攀升至超出预期的水平，仅仅是由于自然变异。与此同时，气候变化带来的其他影响，如调节地球碳和氧循环的海洋微生物活动的变化，将需要几十年到一个世纪才会出现。该报告于8月19日在线发表在“ 自然气候变化 ”杂志上。

该研究考察了海洋的物理和化学变化，这些变化与人类活动导致的大气二氧化碳浓度升高有关。“我们试图解决一个关键的科学问题：何时，为什么以及如何能够发现重要的变化高于我们期望在全球海洋中看到的正常变化?” 普林斯顿大学大气与海洋科学计划(AOS)的博士后研究员Sarah Schlunegger说。

这项研究证实，结果直接与大气的升级碳的二氧化碳已经出现在现有30年的观测记录。这些包括海面变暖，酸化和海洋从大气中去除二氧化碳的速度增加。

相比之下，通过逐步改变气候和海洋环流间接与大气二氧化碳增加相关联的过程将需要更长的时间，从三十年到一个多世纪。这些包括海洋上层混合，养分供应以及通过海洋植物和动物循环碳的变化。

“这项研究的新内容是，它给出了海洋变化发生时间的具体时间表，”名誉地球科学和地质工程教授George J. Magee说道，Jorge Sarmiento说。“有些变化需要很长时间，而其他变化已经可以检测到。”

Schlunegger说，海洋通过吸收大气中的多余热量和碳来为地球提供气候服务，从而减缓全球气温上升的速度。然而，这项服务受到惩罚 - 即海洋酸化和海洋变暖，它改变了碳在海洋中的循环方式并影响海洋生态系统。

酸化和海洋变暖可能会损害微生物海洋生物，这些微生物作为海洋食物网的基础，为渔业和珊瑚礁提供食物，产生氧气并有助于减少大气中的二氧化碳浓度。

该研究旨在筛选出与人为气候变化相关的海洋变化与自然变异导致的变化。气候的自然波动可以掩盖海洋的变化，因此研究人员研究了变化何时会变得如此戏剧化，以至于它们会突出自然变异。

气候研究通常分为两类，建模和观测 - 分析真实地球观测的科学家，以及使用模型预测将来会发生什么变化的人。Schlunegger说，这项研究利用了气候模型的预测，为观察性工作提供了可能的变化，以及何时何地寻找它们。

研究人员进行了模拟，模拟了人为气候变化和随机机会相结合的潜在未来气候状态。这些实验是用地球系统模型进行的，这是一个具有交互式碳循环的气候模型，因此可以同时考虑气候和碳循环的变化。

John Dunne在普林斯顿国家海洋和大气管理局(NOAA)的地球物理流体动力学实验室领导海洋碳建模活动，为地球系统模型的使用提供了便利。普林斯顿大学的团队包括AOS的高级地球系统建模师Richard Slater; Keith Rodgers，现任韩国釜山国立大学AOS研究海洋学家; 和Jorge Sarmiento，乔治J.马吉地球科学和地质工程教授，荣誉退休。该团队还包括伯尔尼大学教授，普林斯顿大学前博士后研究员，日本气象厅的Masao Ishii教授ThomasFrölicher。

发现效应出现30至100年的延迟表明海洋观测计划应在未来数十年内保持，以有效监测海洋中发生的变化。该研究还表明，海洋中某些变化的可探测性将受益于当前观测抽样策略的改进。这些包括深入了解海洋中浮游植物的变化，并捕捉夏季和冬季的变化，而不仅仅是年度平均值，用于海洋 - 大气中的二氧化碳交换。

“我们的研究结果表明，许多类型的观察努力对我们理解我们不断变化的行星和检测变化的能力至关重要，”Schlunegger说。这些包括连续测量的时间序列或永久位置，以及区域采样程序和全球遥感平台。