• 科研進展

    AAS: 2022年,海洋熱含量、鹽度、層化等多個環境參數變化再創新高

      1月11日,由中國科學院大氣物理研究所牽頭,聯合國家海洋環境預報中心、中國科學院海洋研究所等全球16個研究單位的24位科學家組成的國際研究團隊,在《ADVANCES IN ATMOSPHERIC SCIENCES》(AAS)發布了涵蓋2022整年的全球海洋環境(溫度和熱含量、鹽度、層結)變化研究報告。新的研究指出:2022年海洋升溫持續——成為有現代海洋觀測記錄以來海洋最暖的一年。同時,報告還指出:海洋“咸變咸,淡變淡”的鹽度變化態勢加劇,海水垂向層化現象持續加強。

    圖1. 海洋和人類生活和福祉息息相關。

      全球變暖90%以上的熱量被海洋吸收,海洋熱含量成為全球變暖的最佳指標之一。最新IAP數據表明:在2022年,全球海洋上層2000米儲存的熱量與2021年相比增加了10.9 ± 8.3 ZJ (1 ZJ=10×1021)焦耳,這些熱量可以使7億個1.5升的電熱水壺的水同時燒開;也相當于中國2021全年發電總量的約325倍。過去半世紀,海洋每一個十年都比前十年更暖(圖2)。

    圖2. 1958-2022年全球海洋上層2000米熱含量變化時間序列:上圖為IAP/CAS數據、下圖為NOAA/NCEI數據。

      海洋鹽度顯示了“咸變咸、淡變淡”趨勢性變化格局,表征該變化格局的“鹽度差”指數如圖3所示(“鹽度差指數”定義為高鹽度區域的鹽度變化和低鹽度區域的鹽度變化之差,這里“高”或“低”是相對于過去幾十年的全球海洋平均鹽度而言)。1955-2021年,全球上層2000米海洋的高-低鹽度差異呈顯著增加趨勢(圖3)。2022年,全球“鹽度差”指數位于1955年以來最高位。

      1960-2022年期間,全球海洋上層2000米的層結加強了5.3%(圖3),相當于每十年約1%的增速。其中海洋上層150米層結增加了5~18%。層結增加主要是由于上層海洋的增暖速度要比深層海水更快,但鹽度的變異具有重要的區域影響。2022年,全球上層2000米平均層結位于1955年以來第7高位。

    圖3. 1958-2022年全球海洋上層2000米鹽度差指數(上圖)、層結(下圖)變化時間序列。

      海洋物理環境的顯著變化嚴重威脅了海洋生態環境與人類可持續發展,海洋變暖導致極端氣候事件,如臺風、颶風、海洋熱浪等強度增強,威脅生命財產安全。此外,海洋變暖是全球海平面上升的一個重要原因,沿海和低洼地區面臨著越來越嚴重的海平面上升相關風險,例如咸潮入侵、土地侵蝕等。海洋溫度和層結變化影響海洋碳吸收,隨著海洋變暖和層結加劇,海洋碳吸收效率下降,導致更多人類排放的CO2留在大氣中,加劇全球變暖。同時,更強的海洋層結會抑制海洋垂向溶解氧輸送,導致海洋內部的氧含量進一步減少,威脅海洋生物的生存。

      該研究同時發布了兩個國際機構的2022年數據,分別來自中國科學院大氣物理研究所的IAP/CAS海洋觀測格點數據,以及來自美國海洋和大氣管理局國家海洋信息中心(NOAA/NCEI)的格點數據。同時發布的還有2022年全球海洋鹽度和層結IAP/CAS數據。數據下載鏈接:http://www.ocean.iap.ac.cn/(IAP/CAS)以及https://www.ncei.noaa.gov/products/climate-data-records/global-ocean-heat-content(NOAA/NCEI)。

      論文作者團隊包括中科院大氣物理研究所、中科院海洋大科學研究中心成里京(通訊作者)、朱江、V. Gouretski;美國圣-托馬斯大學J. Abraham;美國大氣研究中心、新西蘭奧克蘭大學K. Trenberth和J. Fasullo;美國賓州大學M. Mann;美國國家海洋和大氣管理局國家環境信息中心團隊T. Boyer、R. Locarnini、A. Mishonov、J. Reagan;中科院海洋研究所王凡、李元龍、張斌;國家海洋環境預報中心于福江、陳幸榮、萬莉穎、馮立成;意大利國家新技術中心F. Reseghetti;意大利國立地球物理與火山學研究所S. Simoncelli;河海大學宋翔洲;中科院南海海洋研究所陳更新;生態環境部珠江流域南海海域生態環境監督管理局李冠城。

      該研究得到了國家自然科學基金(42122046,42076202)、中國科學院戰略性先導科技專項(B類)(XDB42040402)、美國國家科學基金會(NSF)、美國國家航空航天局(NASA)項目、美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)項目等的支持。

      論文鏈接:Cheng, L. J., J. Abraham, K. E. Trenberth, J. Fasullo, T. Boyer, M. E. Mann, J. Zhu, F. Wang, R. Locarnini, Y. Li, B. Zhang, F. Yu, L. Wan, X. Chen, L. Feng, X. Song, Y. Liu, F. Reseghetti, S. Simoncelli, V. Gouretski, G. Chen, M. Mishonov, J. Reagan, G. Li, 2023: Another year of record heat for the oceans. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-023-2385-2

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