Science子刊刊发海洋所海洋环流与气候变化最新研究成果

  25日,Science子刊Science Advances在线发表manbext万博海洋研究所在全球海洋环流与气候变化方面的最新研究成果,该成果首次揭示了全球平均海洋环流在过去20多年以来的加速现象,阐明了海洋环流加速的能量来源、物理机制以及人类温室气体排放在其中的重要作用。manbext万博海洋研究所胡石建研究员为论文第一作者兼共同通讯作者,王凡研究员为论文共同通讯作者,美国斯克利普斯海洋所Janet Sprintall研究员、manbext万博海洋研究所官聪博士和胡敦欣院士、美国国家大气海洋管理局太平洋海洋环境实验室Michael J. McPhaden教授和澳大利亚联邦科学与工业研究组织Wenju Cai教授为共同作者。     

  大尺度海洋环流是地球物质和能量再分配的主要动力过程,对海洋环境和气候系统具有非常重要的作用。政府间气候变化专门委员会(IPCC)气候评估报告显示,自工业革命以来,人类活动持续排放温室气体导致地球能量收支失衡,海洋获得大量额外热量并持续增暖。在气候变暖背景下,大尺度海洋环流如何变化是一个重要的科学问题。但是,由于内部动力过程和自然振荡的调节,海洋环流的变化具有非常强的区域性和非常显著的复杂性,不同区域的海洋环流对气候变暖的响应非常不同。同时,人类仍然缺乏对海洋环流的系统性连续直接观测,数据严重缺乏,导致一直未能解析气候变暖的海洋环流变化趋势背景。 

全球平均海洋环流加速的时空特征。A1990年以来上2000米大尺度海洋环流动能的线性趋势;B)多源数据集合的全球平均海洋环流动能时间序列(摘自Hu et al., 2020, Science Advances

  胡石建等人集成了多种全球海洋环流和海表面风速的数据资料,包括多源观测资料、再分析资料、同化资料和模式资料,发现自1990年代早期以来的近20——人类历史上海洋观测数据最丰富的时代,全球积分的大尺度海洋动能存在显著增长趋势,表明全球平均海洋环流存在显著的加速趋势。数据显示,这种大尺度海洋动能的增加主要集中在全球热带海域,并且延伸至数千米的深海。全球平均海洋环流加速主要是由行星尺度的海表面风加速引起的。     

  分析表明,全球平均海洋环流的加速主要是一种长期趋势,而温室气体持续排放在其中扮演了非常重要的角色。尽管太平洋年代际振荡(PDO)对全球积分的大尺度海洋动能具有重要影响且自上世纪90年代以来PDO发生了明显的位相转变,但PDO的位相转变在全球平均海洋环流加速过程中仅做出了较小的贡献。温室气体排放相关的外强迫是近20多年以来全球平均海洋环流加速的主要原因。     

  在温室气体排放持续增加的背景下,海洋和地球气候系统未来如何做出响应无疑是非常重要的问题。该项研究的意义在于从全球尺度揭示了海洋环流的变化趋势,延及深海的海洋环流加速势必对全球气候系统产生非常重要的影响,这对理解过去和预测未来海洋和地球气候系统的长期变化具有重要意义。 

全球平均海洋环流加速物理过程卡通图。黑色阴影示意大陆和海底,灰色工厂和“CO2”示意人类活动引起的温室气体排放,蓝色箭头指示全球平均海洋环流加速,绿色箭头表示全球平均风速增加及其风做功加强。持续性温室气体排放导致的外强迫被认为是全球平均风速增强和全球平均海洋环流加速的主要原因(胡石建绘制)    

  论文在线发表当天即得到国际科学界的广泛关注。Science杂志新闻栏目连续发表两篇新闻对该成果进行了报道,美国The Scientist、华盛顿邮报等多家国际媒体报道了该研究成果及其重要意义,多位国际著名学者对该成果进行了点评。亚利桑那大学Joellen Russell教授评论道:这是一篇十分令人兴奋的论文我认为结果是强有力的,它们很重要、令人震惊(This is quite an exciting paper. I think the results are robust, I think they’re important, and I think they are a little shocking。伍兹霍尔海洋研究所Susan Wijffels研究员指出:这项工作将激发很多后续工作(It’s going to stimulate a lot of other work)”。麻省理工学院Gael Forget研究员表示,行星尺度海洋环流的加速会导致海洋加速吸收人类活动和温室效应引起的额外热量。英国国家海洋中心George Nurser博士则表示,海洋环流变化最重要的影响可能是对生物学的影响(The most important influence of changes in ocean circulation probably is on the biology     

  该项研究得到了国家自然科学基金项目、manbext万博前沿科学研究计划项目、manbext万博青年创新促进会、manbext万博海洋研究所汇泉青年学者项目和美国国家大气海洋管理局PMEL等项目的联合资助。     

  论文及部分评论报道的链接: 

  Hu, S.*, J. Sprintall, C. Guan, M. J. McPhaden, F. Wang*, D. Hu, and W. Cai, 2019: Deep-reaching acceleration of global mean ocean circulation over the past two decades. Science Advances, 6(6), eaax7727, doi: 10.1126/sciadv.aax7727.  

  /www.sciencenews.org/article/climate-change-speeding-up-ocean-circulation 

  /www.sciencemag.org/news/2020/02/global-warming-speeding-earth-s-massive-ocean-currents 

  /www.the-scientist.com/news-opinion/global-ocean-circulation-is-speeding-up-67066 

    


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