近日，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所王凡團(tuán)隊(duì)聯(lián)合大氣物理研究所，在《自然-氣候變化》（Nature Climate Change）上發(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20世紀(jì)中葉以來(lái)大西洋-太平洋鹽度差異（APSC）的加強(qiáng)趨勢(shì)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(duì)鹽度變化的重要作用，并探討了當(dāng)前氣候模式對(duì)鹽度變化模擬的普遍偏差及成因。這一成果對(duì)改進(jìn)氣候模式、提高氣候預(yù)測(cè)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形成了對(duì)比，在較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)特征等方面的差異，并潛在影響著它們對(duì)氣候變化的響應(yīng)和反饋方式。在氣候變暖背景下，海洋鹽度發(fā)生著深刻變化。然而，大西洋與太平洋的鹽度差異是加強(qiáng)還是減弱以及有何影響，當(dāng)前的氣候模式如CMIP6能否正確模擬這些變化，尚不清楚。

該研究分析了海洋0-2000米的觀測(cè)數(shù)據(jù)，揭示了過(guò)去半個(gè)世紀(jì)（1965年以來(lái)）大西洋-太平洋鹽度差（APSC）的加強(qiáng)趨勢(shì)，即大西洋鹽度總體上升、太平洋鹽度普遍下降。這種趨勢(shì)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°至40°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(shì)。

以往關(guān)于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。該研究通過(guò)熱力學(xué)模態(tài)分解即分離“起伏”模態(tài)和“澀變”模態(tài)以及LICOM3模式敏感性試驗(yàn)，檢驗(yàn)了各種物理過(guò)程對(duì)鹽度長(zhǎng)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(chǎng)和海洋增暖對(duì)大尺度鹽度變化趨勢(shì)具有重要作用。其中，風(fēng)場(chǎng)的長(zhǎng)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(guò)程改變了鹽分在海洋的空間分布即“鹽度再分配”作用，從而在APSC加強(qiáng)趨勢(shì)及其經(jīng)向結(jié)構(gòu)形成中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。上述過(guò)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)生了不同的作用結(jié)果。當(dāng)前，氣候模式CMIP6在鹽度變化模擬中存在偏差，普遍低估了大西洋鹽度的上升趨勢(shì)，這與模式對(duì)氣候態(tài)鹽度分布的模擬偏差有關(guān)。多數(shù)CMIP6模式模擬的大西洋表層鹽度偏低，中層鹽度偏高，故低估了垂向鹽度梯度。這使得模式中海洋動(dòng)力過(guò)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(shì)。

上述成果剖析了風(fēng)生海洋環(huán)流變異以及海洋增暖導(dǎo)致的水團(tuán)變異對(duì)鹽度長(zhǎng)期變化的重要作用，揭示了氣候變暖背景下海洋次表層動(dòng)力過(guò)程的復(fù)雜性。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。

論文鏈接

觀點(diǎn)總結(jié)文章

基于觀測(cè)數(shù)據(jù)的1965年以來(lái)0-2000米海洋平均鹽度變化（單位：psu）