地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置(以下簡稱“寰”)核心團(tuán)隊中國科學(xué)院大氣物理研究所成里京研究員及團(tuán)隊,利用寰對2023整年的全球海洋環(huán)境變化進(jìn)行研究并形成研究報告,給出了五個海洋主要?dú)夂蛑笜?biāo)的變化,包括海表溫度、熱含量、鹽度、層結(jié)、溫度不均勻性。報告指出:2023年全球年平均海表溫度、2000米以上海洋熱含量、海洋層結(jié)、海洋溫度的空間不均勻性均為有現(xiàn)代儀器記錄以來最高一年。該成果于2024年1月11日發(fā)表在《ADVANCES IN ATMOSPHERIC SCIENCES》(AAS)上,原文鏈接:
https://doi.org/10.1007/s00376-024-3378-5.
該研究由中國科學(xué)院大氣物理研究所牽頭,聯(lián)合國家海洋環(huán)境預(yù)報中心、中國科學(xué)院海洋研究所、中國科學(xué)院南海海洋研究所、國家氣象信息中心、國家海洋信息中心、河海大學(xué)、可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國際研究中心、生態(tài)環(huán)境部珠江流域南海海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與科學(xué)研究中心、美國國家海洋和大氣管理局、法國墨卡托海洋國際機(jī)構(gòu)、意大利國立地球物理與火山學(xué)研究所等全球16個研究單位的34位科學(xué)家組成的國際研究團(tuán)隊完成。
圖1. 海平面上升成為馬爾代夫的一大威脅,而海洋變暖是海平面上升的主要推手。
由于人類活動造成的大氣溫室氣體濃度持續(xù)增加,疊加上厄爾尼諾等事件的影響,全球海洋物理和生物地球化學(xué)環(huán)境在2023年發(fā)生了劇烈變化。2023年,海表溫度(SST)和上層2000米海洋熱含量(OHC)達(dá)到歷史新高。2023年上層2000米海洋熱含量比2022年增加了15±10Z J(1 ZJ = 10×1021)焦耳(IAP/CAS數(shù)據(jù))、9±5 ZJ (NCEI/NOAA數(shù)據(jù))。按照1個奧林匹克游泳池2500m3計算,15 ZJ的熱量可以使23億個奧林匹克標(biāo)準(zhǔn)游泳池從室溫(20℃)加熱到沸騰且完全蒸發(fā)。并且,近五年海洋連續(xù)打破 “最熱”記錄,成為全球海洋最熱的五年。
圖2. 1958-2023年全球海洋上層2000米熱含量變化時間序列:上圖為IAP/CAS數(shù)據(jù)、下圖為NOAA/NCEI數(shù)據(jù)。
2023年1-3月是持續(xù)3年的拉尼娜事件的尾聲,4月之后,厄爾尼諾事件開始發(fā)展,全球海表溫度達(dá)到了有記錄以來的最高水平。2023年全球平均海表溫度比2022年高0.23℃。相對于1981-2010年的平均狀態(tài),2023年海表溫度異常從1月的0.35°C增加到9月的0.67°C,使2023年9月成為有記錄以來全球海溫最高的月份(圖3)。
圖3.根據(jù)IAP/CAS溫度數(shù)據(jù)產(chǎn)品(1米層)分析的1955年至2023年12月全球平均海表溫度變化。黑線為年均值,紅色為月均值。異常值為相對于1981-2010年常年值。左上角內(nèi)框?yàn)楹1頊囟鹊募竟?jié)變化。
其他海洋物理要素也出現(xiàn)了重大變化。自1958年以來,全球海洋上層2000米的鹽度差(SC)指數(shù)和層結(jié)時間序列(圖4)顯示,在過去的半個世紀(jì)里,SC指數(shù)強(qiáng)勁增長,表明“咸變咸、淡變淡”的鹽度空間變化持續(xù)。2023年SC指數(shù)達(dá)到7.2mg/kg,為自1958年以來的第四高水平。2023年,上層2000米海水溫度的不均勻指數(shù)增大至0.093℃,也達(dá)到歷史最高值,表明海洋溫度空間方差的大幅增加。這主要是因?yàn)楹Q鬁囟鹊姆蔷鶆蜃兓瘜?dǎo)致。
圖4.1958-2023年全球海洋上層2000米鹽度差指數(shù)SC(a)、層結(jié)(b)、溫度空間非均勻性指數(shù)(c)變化時間序列。黑色線條為月度變化,條狀色條為年變化。
海洋物理環(huán)境的顯著變化嚴(yán)重威脅了海洋生態(tài)環(huán)境與人類可持續(xù)發(fā)展。2023年,新西蘭、中國北京和河北、美國阿拉斯加、印度、意大利、日本、美國佛蒙特州、肯尼亞和東非都發(fā)生了嚴(yán)重的洪水。美國南部、中國、印度、歐洲南部(西班牙、葡萄牙、意大利、希臘、法國)和很多地方都經(jīng)歷了創(chuàng)紀(jì)錄的熱浪。受海洋變暖趨勢的影響,海洋熱浪等海洋極端高溫事件不斷增多,給海洋漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。此外,更熱的海洋會持續(xù)降低海水中的溶解氧含量,影響海洋生態(tài)系統(tǒng),進(jìn)一步影響人類利用海洋漁業(yè)資源。海洋是臺風(fēng)、颶風(fēng)等極端天氣的能量來源,更暖的海洋將導(dǎo)致未來臺風(fēng)更強(qiáng)、降水更多,給登陸地造成經(jīng)濟(jì)和社會損失。海洋環(huán)境的變化已經(jīng)造成了巨大的生命、財產(chǎn)的損失,產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的社會和生態(tài)后果。
海洋變暖存在不可逆性:就算停止排放溫室氣體,海洋變暖也將在本世紀(jì)持續(xù)。這對氣候治理產(chǎn)生了新的挑戰(zhàn),即除了需要減排以及增加新能源的使用之外,必須注重氣候變化適應(yīng)工作,包括加強(qiáng)氣候監(jiān)測、提供更好的預(yù)測和預(yù)警系統(tǒng)以防范氣候?yàn)?zāi)害等。
論文作者團(tuán)隊包括中國科學(xué)院大氣物理研究所成里京(通訊作者)、朱江、鄭飛、V. Gouretski、潘玉瑩、譚哲韜、朱雨靜、魏旺栩;美國圣-托馬斯大學(xué)J. Abraham;美國大氣研究中心、新西蘭奧克蘭大學(xué)K. Trenberth和J. Fasullo;美國賓州大學(xué)M. Mann;美國國家海洋和大氣管理局國家環(huán)境信息中心團(tuán)隊T. Boyer、R. Locarnini、A. Mishonov、J. Reagan;中國科學(xué)院海洋研究所王凡、李元龍、張斌、任秋萍;國家海洋環(huán)境預(yù)報中心于福江、萬莉穎、陳幸榮、王大奎、馮立成;河海大學(xué)宋翔洲;國家海洋信息中心劉玉龍、意大利國家新技術(shù)中心F. Reseghetti;意大利國立地球物理與火山學(xué)研究所S. Simoncelli;中國科學(xué)院南海海洋研究所陳更新;法國墨卡托海洋國際機(jī)構(gòu)Karina. Schuckmann;生態(tài)環(huán)境部珠江流域南海海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與科學(xué)研究中心李冠城;國家氣象信息中心曹麗娟;可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國際研究中心陸亞洋。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金(42076202, 42122046, 42261134536)、新基石科學(xué)基金會“科學(xué)探索獎”、阿里達(dá)摩院“青橙獎”、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”、美國國家科學(xué)基金會(NSF)、美國國家航空航天局(NASA)項(xiàng)目、美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)項(xiàng)目、廣州市科協(xié)青年人才扶持項(xiàng)目等的支持。本文的計算得到“東方”超級計算系統(tǒng)的支持與幫助。
論文:Cheng, L. J., J. Abraham, K. E. Trenberth, T. Boyer, M. E. Mann, J. Zhu, F. Wang, F. J. Yu, R. Locarnini, J. Fasullo, F. Zheng, Y. L. Li, B. Zhang, L. Y. Wan, X. R. Chen, D. K. Wang, L. C. Feng, X. Z. Song, Y. L. Liu, F. Reseghetti, S. Simoncelli, V. Gouretski, G. Chen, A. Mishonov, J. Reagan, K. Von Schuckmann, Y. Y. Pan, Z. T. Tan, Y. J. Zhu, W. X. Wei, G. C. Li, Q. P. Ren, L. J. Cao, and Y. Y. Lu, 2024: New record ocean temperatures and related climate indicators in 2023, Adv. Atmos. Sci.,
https://doi.org/10.1007/s00376-024-3378-5.