最近的觀測和模擬研究表明,過去90萬年以來在冰期-間冰期循環(huán)尺度上,海洋平均溫度變化與全球平均海表溫度變化相當,即海洋熱儲存效率約等于1(Zhu et al., 2024; Clark et al., 2025)。如末次冰消期(距今約2萬年至1萬年前)平均海表溫度升高了約3°C,與此同時海洋平均溫度也升高了約3°C,對應海洋熱含量增加約17*1024焦耳。對冰消期海洋熱含量及海洋熱儲存效率的研究將深化我們對長時間尺度上海洋熱儲庫作用的理解。
通過對古氣候重建、同化數(shù)據(jù)及多模式模擬數(shù)據(jù)的對比分析,新研究(Zhu et al., 2025)發(fā)現(xiàn)在冰期-間冰期時間尺度上,海洋熱含量變化存在顯著的“型態(tài)效應”。具體來說,對于給定的冰消期平均海表溫度變化,當更多的增暖發(fā)生在南大洋時,海洋熱含量將增加得更多。這主要是因為南大洋具有更為廣闊的海洋通風面積,從而使海表的暖信號更高效地通過平流等過程進入海洋內(nèi)部,引起海洋中層熱含量快速增加(圖1)。多元線性回歸分析定量證實了南大洋(相比于其他海區(qū))對海洋熱含量變化的主導作用。此“型態(tài)效應”解釋了末次冰消期海洋熱含量模擬的極大模式間差異。結(jié)合古氣候重建資料,研究指出末次冰消期副熱帶南大洋(30°S-60°S)的海表增暖與北半球同緯度的海表增暖幅度相當(而非遠小于)。研究進一步發(fā)現(xiàn)南大洋海表溫度變化與南極海冰面積變化具有顯著的相關(guān)性,前者可為后者的重建提供一定的物理約束。以上研究成果將增進我們對冰期-間冰期尺度上海洋熱含量及南大洋冰-海-氣相互作用的科學認識。

圖1 末次冰消期海洋熱含量增加機制示意圖
上述研究近期發(fā)表于期刊《Geophysical Research Letters》,中國科學院大氣物理研究所朱晨玉副研究員為論文第一和通訊作者,合作者包括大氣物理研究所成里京研究員、美國俄亥俄州立大學劉征宇教授和俄勒岡州立大學Peter U. Clark教授。研究得到國家自然科學基金、國家重大科技基礎設施“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”(EarthLab)等的共同資助和支持。
相關(guān)論文:
Zhu, C., Cheng, L., Liu, Z., & Clark, P. U. (2025). Increase in deglacial ocean heat content linked to contrasts in extratropical warming. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL115538.?https://doi.org/10.1029/2025GL115538
Zhu, C., Sanchez, S., Liu, Z., Clark, P. U., He, C., Wan, L., et al. (2024). Enhanced ocean heat storage efficiency during the last deglaciation. Science Advances, 10, eadp5156.?http://doi.org/10.1126/sciadv.adp5156
Clark, P. U., Shakun, J. D., Rosenthal, Y., Zhu, C., Bartlein, P. J., Gregory, J. M., K?hler, P., Liu, Z., and Schrag, D. P. (2025). Mean ocean temperature change and decomposition of the benthic?δ18O record over the past 4.5?million years. Clim. Past, 21, 973–1000.?https://doi.org/10.5194/cp-21-973-2025