在全球氣候變化背景下,海洋正同時承受多個氣候影響因子的共同作用和影響,也即“復(fù)合氣候影響因子(Compound climatic impact-drivers)”:例如海洋變暖、變咸/變淡、缺氧、酸化等多個要素同時同地發(fā)生顯著變化,并通過聯(lián)合、疊加、因果效應(yīng)等復(fù)雜相互作用,往往會使海洋生態(tài)系統(tǒng)承受的環(huán)境壓力呈現(xiàn)“1+1>2”的效應(yīng)。但是,以往海洋氣候研究及風(fēng)險評估往往針對單個氣候影響因子開展,然而海洋生物在同一時刻會受到多個要素的共同影響,因而如何定義復(fù)合氣候影響因子的共同變化是一個研究難點。
11月25日,Nature Climate Change在線發(fā)表了由中國科學(xué)院大氣物理研究所地球系統(tǒng)數(shù)值模擬與應(yīng)用全國重點實驗室牽頭,聯(lián)合巴黎文理研究大學(xué)-巴黎高等師范學(xué)院、法國麥卡托海洋國際研究中心的研究人員共同撰寫的研究論文(題目:Observed large-scale and deep-reaching compound ocean state change over the past 60 years)。論文給出了 “復(fù)合氣候影響因子”的定義及其評估框架:通過引入涌現(xiàn)時間(Time-of-emergence;ToE)的概念,把多個氣候影響因子的趨勢變化信號與海洋短期變率分開,并定量給出趨勢性信號超過短期波動幅度范圍的時間。在此基礎(chǔ)之上,論文給出了監(jiān)測復(fù)合氣候狀態(tài)變化的方法及其暴露度評估指標(強度、幅度、持續(xù)時間),主要用于把多個變量統(tǒng)一到一套復(fù)合評估體系下,在三維空間上識別海洋在何地、何時以及至何深度正經(jīng)歷復(fù)合氣候狀態(tài)變化的影響。
論文使用上述評估框架,基于海洋觀測格點數(shù)據(jù),揭示了海洋溫度、鹽度、溶解氧、pH四個變量的復(fù)合變化,首次發(fā)現(xiàn)了氣候變暖已經(jīng)引發(fā)海洋大范圍且深層次的復(fù)合狀態(tài)變化。在過去 60 年間,海洋上層1000米中已經(jīng)大約有30~40%的區(qū)域至少有兩個氣候影響因子、15~25%的區(qū)域有至少三個因子發(fā)生了復(fù)合氣候狀態(tài)的改變,并且在不同區(qū)域呈現(xiàn)出不同的變化方向和強度(圖1)。論文還同時發(fā)現(xiàn),海洋次表層的復(fù)合氣候狀態(tài)變化出現(xiàn)的時間更早,且影響的范圍更廣,這主要是因為次表層通常比表層更加穩(wěn)定(即氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率更?。?,使得氣候變暖已將次表層海水的復(fù)合變化推向前所未有的水平。相比于以往重點關(guān)注單因子、區(qū)域個例,論文從多因子聯(lián)動、全球尺度等角度量化了多因子的復(fù)合并識別出關(guān)鍵區(qū)域。
論文同時還給出了海洋復(fù)合氣候狀態(tài)變化的“熱點區(qū)域”和高暴露度全景圖(圖2):副熱帶大西洋、熱帶大西洋、副熱帶北太平洋、阿拉伯海及地中海。在這些地區(qū),海洋對復(fù)合變化影響的暴露總體水平更強(high intensity),持續(xù)時間更長(long duration),且變化幅度更加顯著(high magnitude)。這些海洋復(fù)合氣候變化給海洋生態(tài)系統(tǒng)及人類福祉帶來風(fēng)險(圖3-4)。此外,論文還發(fā)布了一套海洋三維全球尺度的復(fù)合氣候影響因子監(jiān)測數(shù)據(jù)集(The IAP Ocean Compound Climatic impact-drivers Monitoring Dataset),動態(tài)展示了自1980年以來復(fù)合氣候狀態(tài)變化的全景圖(http://www.ocean.iap.ac.cn/pages/dataV/dataV.html?navAnchor=dataV)
論文第一作者為譚哲韜博士(中國科學(xué)院大氣物理研究所2024屆博士畢業(yè)生,現(xiàn)為巴黎文理研究大學(xué)-巴黎高等師范學(xué)院博士后),通訊作者為成里京研究員;合作者包括法國麥卡托海洋研究中心Karina von Schuckmann研究員,巴黎文理研究大學(xué)-巴黎高等師范學(xué)院Sabrina Speich教授、Laurent Bopp教授及中國科學(xué)院大氣所朱江研究員。該研究受國家自然科學(xué)基金(42261134536)、中國科學(xué)院國際伙伴計劃(060GJHZ2024064MI)、亞洲合作基金、地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置(EarthLab)及歐盟地平線等項目的共同資助。
論文:Tan,Z.,K. v. Schuckmann,S. Speich,L. Bopp,J. Zhu,and L. Cheng*. (2025):Observed large-scale and deep-reaching compound ocean state changes over the past 60 years. Nature Climate Change.https://doi.org/10.1038/s41558-025-02484-x

圖1. 基于溫度、鹽度、溶解氧、pH的全球海洋上層1000米復(fù)合狀態(tài)改變的“轉(zhuǎn)變時間”與“方向”(用涌現(xiàn)時間ToE來指示;相對于1960-1989年氣候平均態(tài))的空間分布圖:(a) 表層,(b) 上層區(qū) (0-200m) 和(c)中層區(qū)(200-1000m)。不同顏色表示不同因子轉(zhuǎn)變方向的組合(如變暖&變咸&缺氧等),顏色深淺代表復(fù)合狀態(tài)改變從何時開始。紅色打點區(qū)域表示氣候狀態(tài)的轉(zhuǎn)變幅度更大、變化更復(fù)雜,可能已經(jīng)超出了歷史經(jīng)驗與既有分類。黑色打點區(qū)域表示在 95%置信水平上氣候狀態(tài)轉(zhuǎn)變不顯著。表層酸化(pH)的狀態(tài)改變單獨用黑色斜線表示。

論文核心內(nèi)容

海洋正承受變暖、酸化、鹽度改變與脫氧等復(fù)合變化的疊加沖擊。(攝影:朱嘉籬)