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气候红色警报:海平面上升数米已经不可避免

2017-03-13 11:06:33  来源:红旗太平洋  作者:戴维·斯普拉特
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  译者:红海军

  译注:这篇文章原载于《气候红色警报(Climate Code Red)》网站,转载于《韧性》网站(http://www.resilience.org/stories/2017-01-26/antarctic-tipping-points-for-a-multi-metre-sea-level-rise/)。如果南极洲的冰盖大面积融化,将导致全球海平面上升数米,淹没世界上主要的沿海城市,并造成数千万人流离失所;更大幅度的海平面上升将淹没中国华东大部分地区并威胁到人类文明的基础。在资本主义的制度框架内,已经不可能解决全球气候危机,人类面临着不是社会主义就是野蛮的生死抉择!

  综述

  位于阿蒙森海方向的西南极洲冰盖很可能已经失去稳定;在现有条件下,已经无法阻止那里的冰盖退化。

  即使气候变化不再恶化,残余的西南极洲冰盖也将在未来几十年中开始崩溃。

  南极洲(的冰盖融化)将导致2100年以前海平面上升一米以上。

  西南极洲盆地冰盖中的很大一部分将在未来两个世纪消失,导致海平面上升三至五米。

  现在发现,在东南极洲出现了与西南极洲冰川退化相类似的过程。

  现有的大气二氧化碳浓度可能足以导致东南极洲冰盖的部分退化,在未来二百年导致海平面上升五米,并在更长的时期中导致海平面上升十米以上。

  导言

  体积达两百万立方公里的西南极洲冰盖正在受到气候变暖的压力。科学家们说,这一冰盖的解体,已经不是是否会发生的问题,而是何时发生的问题;这将导致全球海平面最终上升3-5米。

  西南极半岛现在是我们行星上变暖最强烈的地区,浮冰正在以不断加快地速度从西南极洲冰盖上脱落下来(见Velicogna Rignot等,2011年,“格陵兰岛和南极洲冰盖对于海平面上升的加速贡献”,《地质物理研究通讯》,GRL 38:L05503-7,http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2011GL046583/abstract;Mouginot, Rignot 和 Scheuchl,2014年,“1973年至2013年西南极洲阿蒙森海湾浮冰脱落的持续上升”,《地质物理研究通讯》,GRL 41:1576-1584,http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2013GL059069/abstract)。

  本报告中所概述的近年来的研究表明,早在数十年前,西南极洲冰盖就已经越过了大规模融化的临界点。

  其实,这并不令人意外。因为早在近五十年前,这就已经被预见了。1968年,John Mercer,一位有开创性的冰川专家,就已经预言,南极半岛沿岸冰架群的崩溃预示着整个冰盖的丧失。十年后,Mercer表示:“一个重大的灾难——西南极洲的快速融化——正在发生……只要大约50年”(1978年,“西南极洲冰盖和二氧化碳的温室效应:灾难的威胁”,《自然》杂志,Nature 271:321-325,http://www.nature.com/nature/journal/v271/n5643/abs/271321a0.html)。

  他说,一旦(全球)变暖“超过一定的临界水平,所有的冰架都会脱落,进而所有的在海平面以下的冰体将脱落,并导致大部分西南极洲的融化”。这样的瓦解过程,只要开始,便“很可能是迅速的,甚至可能是灾难性的”,大部分冰盖可能在一个世纪内消失。John Mercer在上世纪六十年代初最早使用了“温室效应”这个词,他对于南极洲的判断却普遍被人们所忽视,甚至被嘲弄。现在看来,这一切都是富有先见之明的,真是鬼使神差。

  气候问题作家Fred Pearce在2007年出版的题为《伴随着速度和暴力》的那本书中引用了Richard Alley的观点,后者是关于冰雪圈问题(译注:冰雪圈指的是地表上水以固态形式存在的地区)数一数二的专家;在此前十年,Richard Alley就指出,在本世纪内,“有这样一种可能性,即西南极洲冰盖会崩溃,并使得海平面上升6码(5.5米)”。Fred Pearce还采访了美国国家宇航局的冰川专家Eric Rignot,后者用了几十年的时间研究了西南极洲的派恩岛,他认为,“那里的冰川已经随时处于分崩离析的状态”。

  虽然一般认为,体积大得多的东南极洲冰盖比西南极洲冰盖要稳定,近年来有证据表明,一些较为突出的(东南极洲)冰川已经表现出与西南极洲冰川类似的动态;如果所有的(东南极洲)冰盖丧失的话,将导致海平面上升50米。

  (冰川)地理

  

  冰架是一大块处于浮动状态、大部分被淹没的冰层或冰台,最高的冰架可以高达两公里;冰架与陆地上的冰川相接,延伸到大洋中。陆地上的冰川与浮动的冰架之间的边界叫做“接地线”(grounding line)。一般情况下,随着冰山从海洋一侧的边缘切落下来,冰架的体积就会缩小。但是有时,如果裂隙引起大块大块的冰脱落,冰架也会出现快速解体。拉尔森C号冰架就是一个例子,那里出现了巨大的裂隙,长达一百公里,宽半公里,深度达到数百米。

  正在变暖的南极洲水域使得冰架的底部融化、变薄,从而使得它们更易于发生解体。冰架好像是“塞子”,起着支撑作用,减缓冰川流入大洋的速度。所以,如果冰架消失了或者缩小了,就会导致冰川加速运动、冰体加速丧失。

  因为西南极洲冰盖的很大一部分坐落在位于海平面以下的岩床上(两侧有山峰的支撑,在另外两侧则依靠隆尼冰架和罗斯冰架固定住),随着被淹没的冰架被融化,温暖的洋水就得以从冰盖下面渗入内陆。融冰形成了隐藏的峡谷,对(冰盖)表面形成压力,并造成大规模的裂解。这一过程也造成接地线向内陆的方向移动,实际上将冰川的下端变成了冰架。

  在过去四十年,在阿蒙森海方向汇入西南极洲冰盖的冰川(包括派恩岛、特韦茨、史密斯和科勒尔冰川)正在加速变薄。实地考察和一些数量模型都表明,接地线正在以不稳定且无可挽回的方式后退。

  传统上认为,西南极洲冰盖的融化将要经过一千年乃至更长的时间。然而,由于大气温室气体以及全球温度的空前的变化速度,有专家认为,只要一两个世纪的时间,这就会发生。

  近年研究综述:西南极洲

  • Rignot,Mouginot等,2014年,“1992年至2011年西南极洲派恩岛、特韦茨、史密斯和科勒尔冰川接地线的广泛的、快速的退却”,《地质物理研究通讯》,Geophys.Res. Lett. 41:3502–3509,http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014GL060140/abstract

  研究者们发现,在这些“长期”变化中,有些已经无可挽回了。2014年5月18日英国《卫报》报道,Eric Rignot博士解释说:“我们宣布,我们已经获得了足够的观察记录,因而可以做出结论:在西南极洲阿蒙森海方向的冰体退却已经无法阻止——其后果是严重的,这意味着世界海平面将上升一米。不仅如此,这一部分冰体的消失将引起西南极洲冰盖其余部分的崩溃,从而导致海平面上升三至五米。这将使得世界上数以百万计的人流离失所。”

  这项研究,是由世界上一些最优秀的冰雪圈专家进行的,这震惊了科学界。Malte Meinshausen(联合国政府间气候变化委员会报告的主要作者之一,帮助设计了“代表性集中路径”;译注:“代表性集中路径”是联合国政府间气候变化委员会七年一度的报告所设想的未来二氧化碳排放和气候变化的若干情景)认为,这项研究是“划时代的,这仅是在全球变暖刚刚达到0.8度时的意外之一”;“没有人想到,这个临界点,这样快就越过了”;这说明,我们“已经注定要(经历)对于人类来说前所未有的海岸线变迁”(https://vimeo.com/97926131)。

  这篇论文的作者之一被问到了这样的问题:需要怎样的条件才能够保全西南极洲冰盖的主要部分?答案是:如果能恢复上世纪七十年代的温度,或许还可以。

  在谈及西南极洲的命运时,Rignot说:“按照现在的速度,(西南极洲冰盖)盆地的很大一部分将在两百年内消失;但是,最近的研究模型表明,(冰体)退却的速度将在未来上升……可能就是在一两个世纪内。”

  另外一篇论文(Joughin, Smith 和 Medley,2014年,“西南极洲特韦茨冰川盆地可能会发生海上冰盖崩溃”,《科学》,Science,344:735–738,http://science.sciencemag.org/content/344/6185/735)应用了关于特韦茨冰川的模型。模型表明,“崩溃的早期阶段已经开始”,即使不再有气候变化的进一步加剧,只需要将现有的冰体丧失不断加快的速度稍做外推,整个系统也将最终崩溃。该论文的第一作者、冰川学家Ian Joughin表示,“西南极洲冰盖的下一个稳定状态或许就是冰盖完全消失”。

  美国全国冰雪数据中心的Ted Scambos和圣托马斯大学的John Abraham解释说:“在过去几十年中,人们一直怀疑,这个区域特别易于发生快速的冰体损失,(冰体)退却可能会一发不可收拾(runaway retreat)。(冰体)退却的原因为人们所了解,那就是温暖的洋水越来越频繁地浸入大陆架,后者似乎是由于南大垟上极地附近地区更多的西风造成的(译注:“南大洋”指的是南极洲周围、南纬60度以南的水域)。模型表明,西风增多是地球系统温室效应增强引起的,此外还有臭氧层丧失对同温层、对流层循环产生的影响。”(“通报:南极洲冰盖体积丧失和未来的海平面上升”,《土木工程师学会论文集》,2014年 。

  https://www.researchgate.net/publication/273187021_Briefing_Antarctic_ice_sheet_mass_loss_and_future_sea-level_rise )。

  • Feldman和Levermann,2015年,“阿蒙森盆地局部失去稳定以后西南极洲冰盖的崩溃”,《美国国家科学院论文集》,PNAS 112: 14191-14196,http://www.pnas.org/content/112/46/14191.abstract

  这项关于阿蒙森盆地的模型研究发现,“局部(冰体)失去稳定以后,将导致西南极洲海上冰体的完全解体……按照现在所观察到的融化速度,这一地区将在六十年后失去均衡”。由于所观察到的融化速度还在不断加速,实际发生(解体)的时间还会大大提前。

  这项研究的重要意义在于:“南极洲冰盖正在以加快的速度失去体积,并在全球海平面上升中起到更加重要的作用。西南极洲的阿蒙森海地区很可能已经失去稳定。以往的数量模型研究考察了这一地区在短期未来的演化。这里,我们从事下一步,对整个西南极洲冰盖的长期演化进行模拟。我们的结果显示,如果阿蒙森海地区失去稳定,那么整个的海上冰盖将会落入大洋,导致全球海平面上升三米。因此,我们有可能正在目睹一个时期的开始阶段,在此期间,西南极洲的冰体将持续不断地自行脱落,这将要求在海岸防护方面做出长期的、全球范围的调整。”

  • Hansen, Sato 等,2015年,“冰体融化、海平面上升和超级风暴:来自古气候学的证据、气候模型和现代观察都证明全球变暖两摄氏度将可能是危险的”,《大气化学和物理学》,Atmos.Chem. Phys. 16:3761-3812,http://www.atmos-chem-phys.net/16/3761/2016/

  这项研究概述了来自于上一次较为温暖的间冰期(伊米亚间冰期,大约十二万年前)的证据(译注:“间冰期”指的是在地质史上的更新世期间两个冰期之间的时期;伊米亚间冰期大约在距今十三万年至十一万五千年)。那时,海平面曾经“快速”波动(译注:这里说的“快速”,是相对于地质史上的常规而言)。这项研究发现,在地球的气候系统中有一种以往不为人们所认识的过程,这种过程可以使得海平面按照比目前所预计的快得多的速度上升。当融化的冰盖使得大洋表面的水层变冷,较为温暖的水层就会被“陷”在下面,从而使得大洋分层,这会加剧对于冰架以及处于边缘的冰川的融化影响。这会进一步增加冰盖的体积损失,形成更多的融冰,使得(大洋)表面更加变冷,产生一种自我加强的循环。

  其后果,包括使得主要的大洋环流放慢速度甚至完全关闭,其中包括大西洋经向翻转环流(Atlantic Meridional Overturning Circulation)(译注:“大西洋经向翻转环流”,又称“墨西哥湾流”,它通过将温暖的表面水传送到高纬度地区,从而让这些水在寒冷的北大西洋深层水的地方进行冷却、渗透、向南返程流动;如果没有这个环流,北大西洋沿岸国家将陷入酷寒)。Hansen认为,这将导致热带和亚寒带水域之间的温度差别上升,引起“超级风暴”,那样,“一切魔鬼都将在北大西洋和周边地区肆意横行”。(这项研究)所预测的由于融冰淡水注入而导致南极洲周边水域和北大西洋水域冷却的过程,在现有数据中已经可以观察到,并且已经导致了大西洋经向翻转环流的减弱(见下图)。

  

  左图显示:Hansen等对2065年温度变化的预测,在南北两半球都出现了加速的冰体融化;右图显示:2016年2月的实际温度,当月,2015-2016年度的厄尔尼诺现象达到顶峰。

  • Smith, Anderson 等,2016年,“冰架下沉淀物所记录的二十世纪派恩岛冰川退却史”,《自然》,Nature,23 November 2016, doi:10.1038/nature20136,http://www.nature.com/nature/journal/v541/n7635/full/nature20136.html

  这项研究发现,西南极洲的派恩岛冰川当前所发生的变薄、退却是从上世纪四十年代就已经发端的在气候变化影响下的趋势的一部分。当时,在厄尔尼诺活动的影响下,在西南极洲出现了一个强烈变暖的时期,随后,在冰架的底部出现了一个洋水的洞穴。到了1970年,冰架终于失去了海底山脊的支撑(见下图)。

  

  将这一研究结果与上面引用的Rignot, Mouginot 等2014年论文的作者的观点相比较,是饶有兴味的;按照那篇论文作者的观点,只有恢复上世纪七十年代的气候条件,才有可能防止西南极洲冰盖发生大规模冰体损失。

  

  近年研究综述:东南极洲

  • DeConto 和Pollard,2016年,“南极洲在过去和将来对海平面上升的贡献”,《自然》,Nature 531:591–597,http://www.nature.com/nature/journal/v531/n7596/full/nature17145.html

  这项研究采用了气候模型,这些模型可以将大气变暖与起支撑作用的冰架的裂解以及冰崖的结构性崩溃更好地联系起来。这些模型,按照以往的变暖时期的气候情况和海平面估计做了校对,然后应用于未来温室气体排放的各种情景。

  在上一次较为温暖的间冰期,即距今十三万年至十一万五千年前,全球平均的海平面水平要比现在高出6-9.3米。当时,大气二氧化碳浓度还不到280百万分比(即工业化以前时期的浓度,比现在的浓度要低30%),全球平均温度与现在相比仅高出0-2°C。

  在高排放的情景下,他们的模型显示,到了本世纪中叶,迅速变暖的夏季空气温度引起(冰体)表面形成广泛的冰融水(melt water)并造成冰架的水解(hydrofracturing);首先失去的将是拉尔森C号冰架,阿蒙森海边缘的冰川将同时变薄并后退(原文注:拉尔森C号冰架已经出现裂解了!)。

  他们总结说:“南极洲(的冰盖融化)可能导致2100年以前海平面上升一米以上,进而在2500年以前上升15米以上”。仅仅是南极洲(的融化)就足以造成“2100年以前海平面上升一米以上”,这与上述的Hansen, Sato 等的论述是相一致的。

  • Pollard, DeConto 和Alley, 2015年,“因为水解和冰崖崩溃而引起的南极洲的潜在冰盖退却”,《地球和行星科学通讯》,Earth Planet.Sci. Lett. 412:112–121,http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X14007961

  在上新世(距今530万年至260万年前)最温暖的阶段,大气二氧化碳浓度与现在大致相当(约400百万分比),温度比现在要高1-2°C;对当时的海平面进行“再现”(reconstruction)以后,有些要比现在高10-30米。因为西南极洲和格陵兰岛(的冰盖融化)加在一起,也只能使得海平面上升不到10米,这意味着当时在东南极洲发生了大量冰体损失。

  在这项研究中,作者将二氧化碳设定在当时的400百万分比的水平,并且加上大洋变暖2°C的条件以代表上新世中期最大幅度的海洋变暖,据此来模拟上新世的环境。他们的模型还考虑到了根据近年的观察和分析所了解到的各种过程:“随着大洋(变暖引起)的融化增加,以及表面的融水注入裂缝而引起水解,处于漂浮状态的冰架有可能急剧缩小,乃至完全消失。由于水解以及失去支撑,处于接地线深处的冰体可能被削弱,一旦其所承受的压力超过了冰能够承受的“屈服应力”(iceyield stress),就会发生结构性坍塌,导致(冰体)快速退却”。

  按照这一最新的模型,“预期发生的西南极洲冰盖的崩溃可以提前到未来的几十年(而不是几百年或几千年),并且显示会在几个主要的东南极洲冰川下盆地发生(冰体)退却,导致全球海平面在未来数千年中上升约17米,其中在前两百年中就将上升五米。”

  • Phipps, Fogwill 和Turney,2016年,“东南极洲冰盖海上部分的不稳定对南大洋动态的影响”,《冰雪圈》,The Cryosphere,10:2317–2328,https://www.researchgate.net/publication/308765775_Impacts_of_marine_instability_across_the_East_Antarctic_Ice_Sheet_on_Southern_Ocean_dynamics

  这项研究认为,在东南极洲威尔科斯盆地发生的局部融化“有可能使得更广大的南极洲冰盖最终失去稳定”。冰融水使得大洋表面迅速分层,在大洋表面冷却的同时,南大洋的深处将变暖1°C以上。

  “温度变化沿着南极洲大陆的海岸向西传播,深度不断增加,形成一个正反馈机制,从而加剧该大陆周边的融化……于是,仅仅是一个区域的变暖和融化就有可能使得东南极洲冰盖的很大一部分失去稳定。”“我们的研究说明,东南极洲冰盖中一个部分的融化就可能加剧其它各个部分的变暖,包括在威得尔海方向的西南极洲冰盖。”

  这篇论文与Hansen, Sato 等的发现相一致。后者发现了洋水分层的过程,表层下面更温暖的洋水构成一种正反馈机制,使得融化更加严重。

  • Mendel和Levermann,2014年,“冰塞防止了东南极洲发生不可逆转的(冰体)脱离”,《自然》杂志气候变化分刊,NatureClimate Change 4:451–455,http://www.nature.com/nclimate/journal/v4/n6/full/nclimate2226.html

  在包括威尔科斯盆地在内的东南极洲冰盖的很大一部分的下面,是广阔的冰川下海底盆地。该研究表明,如果威尔科斯盆地失去了处于其边缘的冰塞(冰架),这将引起全球海平面上升不到80毫米;然而,这将导致该区域的冰体运动失去稳定,进而造成整个盆地(的冰体)自行脱落,使得全球海平面上升3-4米。

  正如上述的DeConto和Pollard的论文那样,这项研究也讨论了上新世中晚期(与现在)相类似的情况:“在气候变暖期间,接地线快速退却,冰流剧增,从而在阿德列耶岛和威尔科斯岛的不稳定的边缘发生了大规模冰体脱落。”

  •  Lenaerts, Lhermitte等,2016年,“在风和反照率相互作用下形成的积存于东南极洲冰架内的融水”,《自然》杂志气候变化分刊,NatureClimate Change 7:58-62,http://www.nature.com/nclimate/journal/v7/n1/full/nclimate3180.html

  这项研究发现了一种过程,这种过程引起了东南极洲的罗伊· 包都印冰架深处的融化。强风引起空气加热并造成白冰融化,从而暴露了下面的暗色的冰,暗冰可以吸收更多的阳光,从而使得融化进一步加速。在这些“热点”,出现了表面的冰川湖,融水流入纵穴,形成冰河,又漏入冰体深处。

  研究者们还发现,在冰架下面出现了“冰川内湖”,总共发现了55个这样的湖。这说明,在冰架结构中已经出现了很多薄弱的部位,从而存在着因为水解而崩溃的更大的危险性;如果冰湖继续形成或加速形成的话,就更是如此。

  • Fogwill, Turney 等,2017年,“上一次冰期结束期在大气和海洋反馈下引起的南极洲冰盖脱落”,《科学报告》,Scientific Reports 7, article 39979,http://www.nature.com/articles/srep39979

  在上一次冰期的结束阶段(14600年至12700年前),海平面上升了数十米,其中南极洲的冰体损失贡献的部分有数米。当时,大气和洋流的变化引起大洋分层,冷水层处于表面、暖水层处于底部。在这样的情况下,与周围大洋均匀混合的情形相比,冰盖的融化更加强烈。这正是目前在南极洲周边所发生的情况。该研究团队的成员Michael E. Weber说:“目前正在发生的变化与14700年前的情形是相似的;这是令人不安的。”

  另外有几项研究专注于东南极洲的托顿冰川。几个方面的证据说明,在以往的变暖时期(特别是在上新世时代),托顿冰川可能发生过崩溃,陷入内陆的盆地。这一冰川现在又处于脆弱的状态。

  结论

  2015年底,国际冰雪圈气候倡议的科学家们发布了一个令人惊悚的报告:“临界点与正在关闭的窗口:冰雪圈气候变化面临无可挽回的风险”(http://iccinet.org/thresholds)。

  这份报告警告说,就南北两极和高山的冰川来说,(各国政府)在巴黎做出的承诺将无法防止地球“越过那些不可逆转的临界点”;一旦越过这些界限,就可能“导致一系列过程,除非温度恢复到工业化以前时代的水平,这些过程将无法停止”。报告指出,在科学界以外,人们还没有充分认识到,冰雪圈的变化过程虽然表现得缓慢,但是一旦开始,就将“不可避免地迫使地球的气候系统转换到一个新的状态,大多数科学家相信,这一新的状态在过去的3500万年甚至5000万年间还从来没有出现过。

  Ian Howat是俄亥俄州立大学地球科学系的副教授,他说:“人们一般同意,问题不再是西南极洲冰盖是否会融化,而是何时会融化。(冰体的)裂解行为是导致冰川快速退却的又一个过程。这使得,在我们有生之年看到西南极洲大规模崩溃的可能性进一步增加了。”(https://www.siliconrepublic.com/innovation/antarctic-ice-sheet-global-warming)

  海平面将上升许多米,这不是会不会发生的问题,而是何时发生。Kenneth G. Miller 教授指出:“按照现在的二氧化碳水平,与地球的自然状态相一致的海平面将比现在高出70英尺(21米)。”(http://news.rutgers.edu/news-releases/2012/03/global-sea-level-lik-20120316)

  另外一些科学家同意,在长期,海平面很可能将要上升20多米(https://www.sciencedaily.com/releases/2009/06/090622103833.htm)。

  那么,在本世纪内,可以预期海平面将上升多少呢?

  澳大利亚联邦科学与工业研究组织和澳大利亚气象局联合出版的《2009年科学消息》2009年11月报道说:“当前的各种估计是,海平面将在2100年以前上升0.5米至两米以上”。

  根据美国国家海洋和大气管理局最新发布的一份报告(https://tidesandcurrents.noaa.gov/publications/techrpt83_Global_and_Regional_SLR_Scenarios_for_the_US_final.pdf),在最坏情况下,海平面将在2100年上升2.5米,2150年上升5.5米,2200年上升9.7米。报告指出,关于海平面水平的科学研究,“特别是关于格陵兰岛和南极洲冰盖受全球变暖影响的研究,在过去几年中取得了显著的进步”,因而,“在21世纪以内海平面上升的可能范围比以前所认识到的要大”。报告指出,“有持续的且不断增长的证据表明,南极洲和格陵兰岛的冰体都在加速流失”,这“加强了如下的观点,即在海岸风险管理方面,有必要考虑最坏的情形”。

  与本文作者交流过的科学家们一般认为,鉴于上述的各项研究,本世纪内海平面将至少上升一米,并且可能上升两米以上。科学家们发现,要为冰体融化的量和速度确定一个上限,这是一个困难的任务。

  海平面如果上升一米,就足以淹没孟加拉国土地面积的20%,使得3000万人无家可归;湄公河三角洲的40-50%以及尼罗河三角洲的四分之一将消失;一些建立在珊瑚岛上的小国将不复存在;此外,还将在全球范围产生数不清的灾难性后果。

  唯一务实的结论就是,全球变暖已经进行得太久了。(我们的)目标,只能是,努力将温室气体和全球温度水平降低到大大低于它们在当前的水平。

 

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