科学网—《自然—气候变化》：王凡团队揭示大西洋-太平洋盐度差异正在显著加强
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2024-7-1 15:19
| 系统分类: 博客资讯
北京时间2024年6月28日，中国科学院海洋研究所 王凡 团队联合中国科学院大气物理研究所的研究团队在 《自然—气候变化》 期刊（ Nature Climate Change ）发表了题为“North Atlantic-Pacific salinity contrast enhanced by winds and ocean warming”的研究论文。
该研究定量揭示了上世纪中叶以来大西洋-太平洋盐度差异（APSC）的加强趋势及其空间结构，阐明了风生海洋环流变异和水团源地迁移对盐度变化的重要作用，并指出了当前气候模式对盐度变化模拟的普遍偏差及其成因，对改进气候模式、提高气候预测水平具有参考价值。
作为海水的基础性质之一，海洋盐度是决定海洋层结和环流结构的关键要素。在全球海洋盐度的分布中，大西洋的高盐度和太平洋的低盐度之间形成了鲜明的对比，在很大程度上决定了这两个大洋在水团性质、环流结构、气候状态和生物地球化学循环特征等方面的巨大差异，也潜在影响着它们对气候变化的响应和反馈方式。在气候变暖背景下，海洋盐度也发生着深刻变化，大西洋与太平洋的盐度差异是加强还是减弱？会产生什么影响？当前气候模式（如CMIP6）能否正确模拟这些变化？这些问题亟待解答。
通过分析海洋0-2000米的观测数据，该研究揭示了过去半个世纪中（1965年以来）大西洋-太平洋盐度差（APSC）的显著加强趋势，即大西洋盐度总体上升、太平洋盐度普遍下降（图1）。而且，这种趋势还呈现出明显的经向结构，在南北半球的副热带均较为突出，其中北纬20-40度之间的APSC加强了5.9%±0.6%。APSC的加强具有广泛的影响，特别是加剧了太平洋的海平面上升、海洋层化、次表层海水缺氧和酸化等趋势。
图1. 基于观测数据的1965年以来0-2000米海洋平均盐度变化（单位：psu）。其中，a和b基于三套格点化数据产品（IAP、EN4和NCEI）所估算，c和d为基于WOA站位平均数据的分析结果，b和d分别为a和c的纬向平均结果。
以往对盐度变化的研究普遍强调的表面淡水通量（即降水和蒸发）的控制作用，并将海洋盐度视为全球淡水循环变化的指示物。本研究通过热力学模态分解（即分离“起伏”模态和“涩变”模态）和LICOM3模式敏感性试验，检验了各种物理过程对盐度长期变化的贡献。结果显示，除了降水和蒸发之外，风场和海洋增暖也对大尺度盐度变化趋势具有重要作用。其中，风场的长期变化导致风生海洋环流变异，海洋表层变暖则导致水团的形成源地向高纬度迁移，这些过程显著改变了盐分在海洋中的空间分布，即“盐度再分配”作用，从而在APSC加强趋势及其经向结构的形成中发挥了关键的作用。上述过程在大西洋和太平洋均有发生，但由于两大洋气候态盐度分布（如水平和垂向盐度梯度）的差异，产生了截然不同的作用结果。
当前气候模式（CMIP6）在盐度变化的模拟中仍存在明显偏差，普遍低估了大西洋盐度的上升趋势，这与模式对气候态盐度分布的模拟偏差有关（图2）。大多数CMIP6模式模拟的大西洋表层盐度偏低，中层盐度偏高，因此严重低估了垂向盐度梯度。这使得模式中海洋动力过程的盐度再分配作用偏弱，因此低估了大西洋盐度的升高趋势。上述研究阐明了风生海洋环流变异和海洋增暖导致的水团变异对盐度长期变化的重要作用，深刻揭示了气候变暖背景下海洋次表层动力过程的复杂性。
图2. CMIP6模式对海洋盐度的模拟偏差。其中，a和b分别为CMIP6模式集合平均结果在北太平洋和北大西洋的气候态盐度偏差（模式减去观测），c图为各模式中北大西洋平均盐度变化与气候态盐度差异之间的关系。
该论文第一作者为海洋所博士研究生路颖，通讯作者为海洋所李元龙研究员和王凡研究员，合作作者包括中国科学院大气物理研究所林鹏飞研究员、成里京研究员和刘海龙研究员、中国科学院海洋研究所博士研究生戈凯和段静副研究员。该研究获得了科技部重点研发专项（2019YFA0606702）、中国科学院战略先导专项（XDB42000000）、崂山实验室（LSKJ202202601）等机构和项目的联合资助。
相关论文信息：
https://www.nature.com/articles/s41558-024-02033-y
编辑 | 张可
排版|夏天
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