近日，中國科學院海洋研究所海洋熱力學過程與氣候變化研究組聯(lián)合麻省理工學院團隊在《自然-通訊》期刊（Nature Communications）發(fā)表了題為“Inter-basin contrast in the Southern Ocean warming”的研究論文。該研究揭示了南大洋上層700米35°S~55°S緯度帶海盆尺度大西洋-印度洋扇區(qū)比太平洋扇區(qū)增暖速度更快的緯向不對稱現(xiàn)象，闡明了風驅經向熱量再分配過程在熱存儲變化中的重要地位，并指出該增暖速度的海盆間差異不僅體現(xiàn)在歷史資料，在不同模式預估情景下都可能會持續(xù)到2100年，為進一步理解南大洋區(qū)域氣候變化及海洋生態(tài)系統(tǒng)影響都將具有指示意義。
自20世紀中期以來，地球系統(tǒng)因溫室氣體累積而吸收的多余熱量超過90%被儲存在海洋中。其中，南大洋（Southern Ocean）對全球海洋熱儲的貢獻達60%，是全球氣候系統(tǒng)變化的“熱量閥門”。它的持續(xù)變暖不僅影響南極冰架融化、全球海平面上升，還深刻改變深層水體形成、海洋碳吸收能力與海洋生態(tài)系統(tǒng)。過去的研究普遍采用緯向平均的方法，描繪出南大洋以45°S為中心的經向（南北向）升溫結構：靠近南極的高緯海區(qū)吸熱后，熱量被風驅動的經向流輸送至中緯度海區(qū)。但南大洋增暖的緯向結構仍不清楚。
基于三套觀測數(shù)據集，該研究揭示了自1960年以來南大洋0-700米增暖顯著的海盆間差異（圖1）：大西洋-印度洋扇區(qū)比太平洋扇區(qū)增暖速度更快，并在44°S附近幾乎翻倍。這種不對稱結構不僅在觀測數(shù)據中一致出現(xiàn)，也被氣候模式所重現(xiàn)，說明它并非短期自然波動，而是由外部強迫（溫室氣體）驅動的長期響應特征?；贑MIP6模式預估結果，在未來高排放情景（SSP-8.5）下，這一升溫差異將持續(xù)放大至本世紀末。CESM1耦合模式和LICOM海洋模式試驗數(shù)據表明，這種緯向不對稱的升溫結構并非由海表面熱通量的差異導致，而是西風驅動的經向熱量再分配的結果（圖2）。南大洋西風帶的增強與南移在大西洋–印度洋區(qū)更為顯著，這種風場變化導致該區(qū)出現(xiàn)更強的正風應力旋度與上層熱量輻合，在中緯度35°S~55°S帶內被“堆積”并下沉，形成持續(xù)升溫結構；太平洋區(qū)則因相對較弱的風驅動與局部發(fā)散，升溫幅度較小。這種緯向不均勻的增暖結構將帶來一系列氣候和生態(tài)影響，如加速南極冰架消融和區(qū)域海平面上升，改變南大洋生態(tài)系統(tǒng)結構，尤其是南極磷蝦等關鍵物種棲息地與數(shù)量等。
圖1?基于三套觀測數(shù)據集（IAP，EN4，和Ishii）平均的南大洋上層700米海洋熱含量1960~2020年的線性趨勢
圖2?南大洋海盆間增暖差異的機制圖。填色為CESM1模式預估在RCP8.5情景下2080~2100年平均溫度與1960~1980年平均溫度的差異
上述研究強調了溫室氣體對南大洋上層熱存儲緯向格局的主導作用，為理解全球熱量分配提供了新的視角，也為進一步理解南大洋區(qū)域氣候變化和生態(tài)影響提供了依據。論文第一作者為宋元元博士，通訊作者為李元龍研究員，合作者包括王凡研究員、博士研究生戈凱，麻省理工學院Ga?l Forget博士（項目科學家），美國國家大氣研究中心胡愛學博士（項目科學家），佛羅里達州立大學李倩助理教授，紐約大學石佳睿研究員，和復旦大學陳曉丹研究員。該研究獲得了國家自然科學基金項目資助。
