海洋环流与气候变化最新研究成果刊发
2020-02-12 19:03:45       来源:海洋国家实验室


2月5日,国际顶级学术期刊Science(《科学》)子刊Science Advances(《科学进展》)在线发表了题为“Deep-reaching acceleration of global mean ocean circulation over the past two decades”(过去二十多年延及深海的全球平均海洋环流加速)的最新研究成果。该项成果由海洋试点国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室(以下简称海气功能实验室)胡石建研究员为第一作者兼通讯作者,海气功能实验室王凡研究员为联合通讯作者,海气功能实验室官聪博士、海洋试点国家实验室学术委员会副主任胡敦欣院士和海洋试点国家实验室-澳大利亚联邦科工组织南半球海洋研究中心主任蔡文炬教授等为合着者的科研团队共同完成。该成果首次揭示了全球平均海洋环流在过去20多年以来的加速现象,阐明了海洋环流加速的能量来源、物理机制以及人类温室气体排放在其中的重要作用。


1581389629719755.jpg


大尺度海洋环流是地球物质和能量再分配的主要动力过程,对海洋环境和气候系统具有非常重要的作用。在全球气候变暖背景下,大尺度海洋环流如何变化是一个重要的科学问题。由于内部动力过程和自然振荡的调节,海洋环流变化具有极强的区域性和显着的复杂性,不同区域的海洋环流对气候变暖的响应非常不同。同时,由于人类仍然缺乏对海洋环流的系统性连续直接观测,数据匮乏,导致学界一直未能解析气候变暖下海洋环流变化的趋势背景。


1581389653905406.jpg

图1. 全球平均海洋环流加速的时空特征


(A)1990年以来上2000米大尺度海洋环流动能的线性趋势;(B)多源数据集合的全球平均海洋环流动能时间序列(摘自Hu et al., 2020, Science Advances)


针对上述问题,研究团队集成多种全球海洋环流和海表面风速的数据资料,包括多源观测资料、再分析资料、同化资料和模式资料,发现自1990年代早期以来的近20年,全球积分的大尺度海洋动能存在显着增长趋势,这表明全球平均海洋环流存在显着的加速趋势。数据显示,这种大尺度海洋动能的增加主要集中在全球热带海域,并且延伸至数千米的深海。这种全球平均海洋环流加速主要是由行星尺度的海表面风加速引起的。


进一步分析表明,全球平均海洋环流的加速呈现出一种长期趋势,而温室气体持续排放在其中扮演了非常重要的角色。尽管太平洋年代际振荡(PDO)对全球积分的大尺度海洋动能具有重要影响且自上世纪90年代以来PDO发生了明显的位相转变,但PDO的位相转变在全球平均海洋环流加速过程中仅作出了较小的贡献。温室气体排放相关的外强迫是近20多年以来全球平均海洋环流加速的主要原因。文章指出,在温室气体排放持续增加的背景下,海洋和地球气候系统未来如何做出响应无疑是非常重要的问题,这对理解过去和预测未来海洋和地球气候系统的长期变化具有重要意义。


1581389677489785.jpg

图2. 全球平均海洋环流加速物理过程示意图


黑色阴影示意大陆和海底,灰色工厂和“CO?”示意人类活动引起的温室气体排放,蓝色箭头指示全球平均海洋环流加速,绿色箭头表示全球平均风速增加及其风做功加强。持续性温室气体排放导致的外强迫被认为是全球平均风速增强和全球平均海洋环流加速的主要原因(胡石建绘制)


该成果是海洋试点国家实验室在全球海洋环流与气候变化研究领域取得的重要突破进展,进一步彰显了海洋试点国家实验室在全球海洋与气候变化领域的创新引领实力。成果在线发表当日即获得国际科学界的广泛关注。Science期刊新闻栏目连续发表两篇新闻对该项研究进行了报道,美国《科学家》杂志、《华盛顿邮报》等多家国际媒体报道了该研究成果及其重要意义,多位国际着名学者对该成果进行了点评。美国亚利桑那大学Joellen Russell教授评论道:“这是一篇十分令人兴奋的论文,我认为结果是强有力的,它们很重要、令人震惊”(This is quite an exciting paper. I think the results are robust, I think they’re important, and I think they are a little shocking)。美国伍兹霍尔海洋研究所Susan Wijffels研究员指出:“这项工作将激发很多后续工作” (It’s going to stimulate a lot of other work)。