Nature Climate Change刊發(fā)海洋所鹽度變化研究成果
近日,中國科學(xué)院海洋研究所王凡團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院大氣物理研究所研究團(tuán)隊(duì)在《自然-氣候變化》期刊(Nature Climate Change,最新影響因子29.6)發(fā)表了題為“North Atlantic-Pacific salinity contrast enhanced by winds and ocean warming”的研究論文。該研究定量揭示了上世紀(jì)中葉以來大西洋-太平洋鹽度差異(APSC)的加強(qiáng)趨勢及其空間結(jié)構(gòu),闡明了風(fēng)生海洋環(huán)流變異和水團(tuán)源地遷移對鹽度變化的重要作用,并指出當(dāng)前氣候模式對鹽度變化模擬的普遍偏差及其成因,對改進(jìn)氣候模式、提高氣候預(yù)測水平具有參考價(jià)值。
作為海水的基礎(chǔ)性質(zhì)之一,海洋鹽度是決定海洋層結(jié)和環(huán)流結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵要素。在全球海洋鹽度的分布中,大西洋的高鹽度和太平洋的低鹽度之間形成了鮮明對比,很大程度上決定了這兩個(gè)大洋在水團(tuán)性質(zhì)、環(huán)流結(jié)構(gòu)、氣候狀態(tài)和生物地球化學(xué)循環(huán)特征等方面的巨大差異,也潛在影響著它們對氣候變化的響應(yīng)和反饋方式。在氣候變暖背景下,海洋鹽度也發(fā)生著深刻變化,大西洋與太平洋的鹽度差異是加強(qiáng)還是減弱?會(huì)產(chǎn)生什么影響?當(dāng)前氣候模式(如CMIP6)能否正確模擬這些變化?這些問題亟待解答。
該研究通過分析海洋0-2000米的觀測數(shù)據(jù),揭示了過去半個(gè)世紀(jì)中(1965年以來)大西洋-太平洋鹽度差(APSC)的顯著加強(qiáng)趨勢,即大西洋鹽度總體上升、太平洋鹽度普遍下降(圖1)。而且,這種趨勢還呈現(xiàn)出明顯的經(jīng)向結(jié)構(gòu),在南北半球的副熱帶均較為突出,其中北緯20-40度之間的APSC加強(qiáng)了5.9%±0.6%。APSC的加強(qiáng)具有廣泛的影響,特別是加劇了太平洋的海平面上升、海洋層化、次表層海水缺氧和酸化等趨勢。

圖1. 基于觀測數(shù)據(jù)的1965年以來0-2000米海洋平均鹽度變化(單位:psu)。其中,a和b基于三套格點(diǎn)化數(shù)據(jù)產(chǎn)品(IAP、EN4和NCEI)所估算,c和d為基于WOA站位平均數(shù)據(jù)的分析結(jié)果,b和d分別為a和c的緯向平均結(jié)果。
以往對鹽度變化的研究普遍強(qiáng)調(diào)表面淡水通量(即降水和蒸發(fā))的控制作用,并將海洋鹽度視為全球淡水循環(huán)變化的指示物。本研究通過熱力學(xué)模態(tài)分解(即分離“起伏”模態(tài)和“澀變”模態(tài))和LICOM3模式敏感性試驗(yàn),檢驗(yàn)了各種物理過程對鹽度長期變化的貢獻(xiàn)。結(jié)果顯示,除了降水和蒸發(fā)之外,風(fēng)場和海洋增暖也對大尺度鹽度變化趨勢具有重要作用。其中,風(fēng)場的長期變化導(dǎo)致風(fēng)生海洋環(huán)流變異,海洋表層變暖則導(dǎo)致水團(tuán)的形成源地向高緯度遷移,這些過程顯著改變了鹽分在海洋中的空間分布,即“鹽度再分配”作用,從而在APSC加強(qiáng)趨勢及其經(jīng)向結(jié)構(gòu)的形成中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。上述過程在大西洋和太平洋均有發(fā)生,但由于兩大洋氣候態(tài)鹽度分布(如水平和垂向鹽度梯度)的差異,產(chǎn)生了截然不同的作用結(jié)果。當(dāng)前氣候模式(CMIP6)在鹽度變化的模擬中仍存在明顯偏差,普遍低估了大西洋鹽度的上升趨勢,這與模式對氣候態(tài)鹽度分布的模擬偏差有關(guān)(圖2)。大多數(shù)CMIP6模式模擬的大西洋表層鹽度偏低,中層鹽度偏高,因此嚴(yán)重低估了垂向鹽度梯度。這使得模式中海洋動(dòng)力過程的鹽度再分配作用偏弱,因此低估了大西洋鹽度的升高趨勢。

圖2. CMIP6模式對海洋鹽度的模擬偏差。其中,a和b分別為CMIP6模式集合平均結(jié)果在北太平洋和北大西洋的氣候態(tài)鹽度偏差(模式減去觀測),c圖為各模式中北大西洋平均鹽度變化與氣候態(tài)鹽度差異之間的關(guān)系。
上述研究闡明了風(fēng)生海洋環(huán)流變異和海洋增暖導(dǎo)致的水團(tuán)變異對鹽度長期變化的重要作用,深刻揭示了氣候變暖背景下海洋次表層動(dòng)力過程的復(fù)雜性。論文第一作者為海洋所博士研究生路穎,通訊作者為海洋所李元龍研究員和王凡研究員,合作作者包括中國科學(xué)院大氣物理研究所林鵬飛研究員、成里京研究員和劉海龍研究員、中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生戈凱和段靜副研究員。該研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)等機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文來源:
Lu ,Y., Li, Y.*, Lin, P., Cheng, L., Ge, K., Liu, H., Duan, J., Wang, F.*, 2024: North Atlantic-Pacific salinity contrast enhanced by winds and ocean warming, Nature Climate Change, doi:10.1038/s41558-024-02033-y
https://www.nature.com/articles/s41558-024-02033-y
觀點(diǎn)總結(jié)(Research Briefing):
Li, Y., & Lu, Y., 2024: Ocean dynamics contribute to the amplifying Atlantic–Pacific salinity contrast, Nature Climate Change, doi:10.1038/s41558-024-02036-9
https://www.nature.com/articles/s41558-024-02036-9
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