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| 中國海洋大學(xué)深海前沿中心在高分辨率地球系統(tǒng)模式研究次表層海洋熱浪上取得重要成果 |
| http://www.ixiaoyuer.com 2025年1月14日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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海洋熱浪（Marine Heatwaves）是指海表溫度異常升高的極端事件，對生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟造成了重大影響。海洋生物通常通過兩種方式應(yīng)對極端海洋溫度：一是向極地方向水平遷移，二是垂直遷移至更深的海洋層。相比水平遷移距離，垂直遷移深度通常小三到四個數(shù)量級。然而，對于海洋熱浪的垂向分布及其變化的研究仍較為有限，大多集中于單一地點或具體事件。近日，中國海洋大學(xué)深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心（以下簡稱“深海前沿中心”）高會旺教授和張紹晴教授團隊，基于高分辨率地球系統(tǒng)模式（大氣分辨率為25公里，海洋分辨率為10公里）對未來氣候變化情景的模擬預(yù)測，提出 “未來閾值”方法，即考慮生物適應(yīng)性、解析相對于未來海溫長期平均變化的異常變暖事件，評估了未來全球大洋和沿海大型海洋生態(tài)系統(tǒng)的海洋次表層熱浪變化特征。國際頂級學(xué)術(shù)期刊Nature Communications（《自然·通訊》）于12月30日在線發(fā)表了這一創(chuàng)新性成果，論文標(biāo)題為“Intensification of future subsurface marine heatwaves in an eddy-resolving model”（《基于渦解析模式預(yù)測未來次表層海洋熱浪的加強》）。
研究結(jié)果表明，高分辨率模式顯著提升了對次表層海洋熱浪的模擬能力（圖1）。過去海洋熱浪的研究發(fā)現(xiàn)由于背景變暖，未來海洋熱浪持續(xù)時間往往可達(dá)數(shù)十年。然而，這一發(fā)現(xiàn)不符合極端天氣事件的特征，本研究通過構(gòu)建“未來閾值”（即剔除長期變暖影響后的異常升溫），厘清了背景變暖和海溫變率對次表層海洋熱浪的貢獻。本研究深入探討了氣候變暖對可能適應(yīng)漸進溫度升高的海洋生物所帶來的潛在威脅。結(jié)果表明，由于海水溫度變率的變化，次表層海洋熱浪的強度預(yù)計將比海表熱浪增長得更快，尤其是在沿海大型海洋生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域，這將對海洋生物適應(yīng)極端溫度的能力構(gòu)成更大挑戰(zhàn)（圖2）。
圖1.觀測與模擬的歷史時期不同深度海洋熱浪（MHWs）頻率�；�(a)再分析數(shù)據(jù) GLORYS、(b) 高分辨模式CESM-HR和(c)低分辨模式CESM-LR數(shù)據(jù)的年均海洋熱浪頻率。較深層次的白色網(wǎng)格方格表示該區(qū)域沒有對應(yīng)的海洋溫度數(shù)據(jù)。(d)是緯向平均圖，表示在1°緯度區(qū)間內(nèi)，GLORYS（黑色）、CESM-HR（紅色）和CESM-LR（藍(lán)色）數(shù)據(jù)中年均海洋熱浪頻率的平均強度。
圖2.大型海洋生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)海洋熱浪平均強度的到本世紀(jì)末基于未來閾值方法的未來變化。橫軸上方的數(shù)字表示大型海洋生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域的索引�；疑淖直硎驹揕ME中海洋熱浪的未來變化不顯著（p≥0.05）。
表層與次表層海洋熱浪可能同時發(fā)生，加劇其對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。本研究引入復(fù)合型海洋熱浪的概念，即海洋熱浪從海表垂直向下連續(xù)延伸至更深層海洋。在歷史時期，這類事件的全球平均延伸大約到達(dá)140米。而在西部邊界流和鋒面區(qū)域，底層海洋熱浪的影響尤為顯著，復(fù)合型海洋熱浪的延伸深度可達(dá)1000米。采用未來閾值方法發(fā)現(xiàn)，全球變暖下超過三分之二的海洋區(qū)域中復(fù)合型海洋熱浪的延伸深度仍將顯著增加（圖3）。
圖3.表層‒底層復(fù)合海洋熱浪的垂直分布及特定深度海洋熱浪事件參與復(fù)合事件的比例。(a)表層‒底層復(fù)合海洋熱浪在歷史時期的垂直延伸深度空間分布，以及(c)基于未來閾值（2071‒2100年減去1993‒2020年）的未來變化。(b,d)的箱線圖分別展示了不同深度下海洋熱浪（SMHWs）參與到復(fù)合海洋熱浪事件的比例，（b）為歷史時期數(shù)據(jù)，（d）為使用未來閾值后的未來變化。圖中標(biāo)記了最小值和最大值（線條端點）、第25和第75百分位數(shù)（箱體）、中位數(shù)（水平線）以及平均值（灰色三角形）。(b,d) 圖右側(cè)的灰點表示每一層底層海洋熱浪中未與表層海洋熱浪同步發(fā)生的比例。
團隊合影
鑒于次表層海洋熱浪可能帶來的巨大經(jīng)濟和社會影響，預(yù)測其在全球變暖背景下的演變特征和規(guī)律具有重要的科學(xué)意義和實際價值。該研究成果表明，隨著氣候變化的加劇，次表層海洋熱浪的強度和年均發(fā)生天數(shù)將持續(xù)增加，對海洋生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟和社會發(fā)展可能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。同時，該研究為相關(guān)地區(qū)管理者制定應(yīng)對措施和戰(zhàn)略規(guī)劃提供了重要的科學(xué)依據(jù)。成果由深海前沿中心/海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點實驗室在讀博士研究生郭修文為第一作者，高陽教授和張紹晴教授為共同通訊作者，聯(lián)合中國海洋大學(xué)和嶗山實驗室吳立新院士，清華大學(xué)陳德亮院士等國內(nèi)外多位學(xué)者共同完成。這是科研團隊基于高分辨率地球系統(tǒng)模式在極端天氣氣候事件研究領(lǐng)域取得的又一項創(chuàng)新進展。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的資助。
通訊員：郭修文
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54946-z
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