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科研动态
科研进展
海洋试点国家实验室在南大洋热吸收与热带气候变异相互作用研究取得新突破
来源:海洋动力过程与气候功能实验室     通讯员:侯霞     2022-07-11 16:51:07
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近日,海洋试点国家实验室南半球海洋研究中心科研团队在全球变暖背景下南大洋热吸收及赤道-中高纬遥相关研究领域取得突破性进展,首次发现厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)海温变率的增强抑制南大洋的热吸收。

南大洋的热吸收不但会引起南极冰川的融化,导致全球海平面升高从而影响沿海国家和地区,同时影响水团的变化对全球气候进行调节。在当前全球变暖的背景下,南大洋显著增暖是地球环境系统的一个重要响应特征,2006年以来全球变暖增加的热量有超过60%被南大洋吸收,该过程对全球热量再分配也至关重要,南大洋热吸收多,全球变暖则减缓;南大洋热吸收少,全球变暖则加剧。然而,受制于南大洋观测资料的缺乏、理论框架的不完整以及模式的偏差等因素影响,不同的气候模式对未来南大洋热吸收的评估呈现较大的差异和不确定性(图1d)。

图1:全球变暖下纬向风应力、南大洋海温的气候态变化及其与ENSO海温变率响应的关系。a,多模型平均的纬向风应力气候态变化(2000-2099减1900-1999);b,多模型平均的南半球垂向海温气候态变化,基于此定义了南大洋海温增暖指数(黑框区域平均);c,模型间纬向风应力气候态变化对南大洋海温增暖指数的线性回归;d,ENSO海温变率的未来响应与南大洋海温增暖指数的模型间关系图。


已有研究表明,全球变暖背景下,南半球中高纬西风带向南显著移动并增强(图1a),促进了北向的Ekman传输,该过程在将西风带以南海水向北传输的过程中通过海面通量交换吸收热量,进而将热量沿着等密面向深海传输并堆积到以45ºS为中心的南大洋(图1b),因此西风带的南移促进了南大洋的增暖(图1c)。南半球海洋研究中心科研团队之前的研究发现,ENSO海温变率的增强是气候系统对全球变暖的另外一个重要响应特征。当正位相厄尔尼诺事件发生时,从低纬到高纬的大气经向环流圈,即哈德来环流(Hadley Cell),费雷尔环流(Ferrell Cell),以及极地环流(Polar Cell)均向赤道方向移动,在南半球中高纬海表面产生东风异常;负位相拉尼娜事件下,上述过程则呈现反向。由于ENSO存在着显著的非线性特征,即厄尔尼诺强度要高于拉尼娜强度,因此在年代际时间尺度上两者的遥相关不会相互抵消,而是产生类似厄尔尼诺的遥相关强迫,即南半球中高纬的东风异常。研究团队通过多模型分析,结果表明ENSO海温变率增强程度越高,在年代际时间尺度上产生的东风异常越强,对应的西风带南移越弱(图2)。因此,ENSO海温变率的增强减弱了西风带南移产生的Ekman北向输运,进而减弱了南大洋的热吸收,且两者之间存在着显著的相关性(r=-0.74,图1d)。


图2:ENSO海温变率的响应对南半球中高纬海表纬向风应力的遥相关强迫。a,模型间纬向风应力气候态变化对ENSO海温变率的线性回归;b,全球变暖背景下ENSO海温变率的响应通过ENSO非线性在年代际时间尺度上对南半球海表风应力的影响。该影响是通过首先计算纬向风应力分别在1900-1999和2000-2099所有ENSO事件发生时的累积,再计算两个时间段的差异(2000-2099减1900-1999)。红线表征ENSO海温变率增加最大的5个模型,蓝线表征ENSO海温变率增加最小的5个模型,黑线表征两者之间的差异并表明ENSO海温变率增加最大的模型对应的南半球中高纬海表东风异常更强。


该研究成果首次发现ENSO海温变率未来变化的不确定性可以解析未来南大洋热吸收评估50%的不确定性,为理解南大洋的未来增暖提供了全新的视角,填补了在气候变化尺度上ENSO-南大洋吸热相互作用研究的空白;此外,研究表明如果ENSO海温变率在未来增强,南大洋在全球变暖下的热吸收程度会降低,滞留在大气中的热量则偏多,全球增暖可能进一步增强,对南大洋未来吸热不确定性的评估有重要的科学指导意义。

国际顶尖学术期刊Nature Climate Change(《自然气候变化》)2022年6月27日以“Future Southern Ocean warming linked to projected ENSO variability”(未来厄尔尼诺-南方涛动海温变率的响应与南大洋热吸收的关联)为题对上述创新成果进行了线上报道。该成果由南半球海洋研究中心研究员王国建博士为第一作者/通讯作者,南半球海洋研究中心主任、澳大利亚科学院院士蔡文炬教授为共同通讯作者,海洋试点国家实验室主任吴立新院士以及来自全球多家知名院所的专家学者共同参与的研究团队合作完成。由蔡文炬院士和吴立新院士领衔的全球气候变化研究团队,长期致力于海洋气候变化与可预测性研究,已取得一系列具有引领效应的重要原创成果。上述研究进展也进一步彰显出海洋试点国家实验室在海洋与全球变暖研究领域的重要国际影响力。

原文链接:https://doi.org/10.1093/nsr/nwac044

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