近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）杜巖團(tuán)隊(duì)在海洋熱浪垂向結(jié)構(gòu)研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Vertical structures of marine heatwaves”為題，發(fā)表在國(guó)際著名期刊Nature Communications上，副研究員張瑩為第一作者，研究員杜巖為通訊作者，合作者包括澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織首席研究科學(xué)家Ming Feng研究員和高級(jí)首席研究科學(xué)家Alistair J. Hobday研究員。
海洋熱浪是發(fā)生在海洋中的異常暖水事件，通常定義為海表溫度至少連續(xù)五天超過(guò)季節(jié)性氣候平均態(tài)第九十百分位閾值。海洋熱浪持續(xù)時(shí)間可達(dá)數(shù)月，覆蓋范圍可至數(shù)千平方公里。在全球變暖背景下，海洋熱浪發(fā)生頻次增多，持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)。在過(guò)去數(shù)十年，破紀(jì)錄的海洋熱浪事件席卷全球海洋（圖1）。海洋熱浪會(huì)影響大氣環(huán)流及降水分布，從而引發(fā)洪澇、干旱和野火等極端天氣事件；還會(huì)導(dǎo)致海洋生物死亡、漁業(yè)減產(chǎn)和物種遷移，進(jìn)而破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)多樣性和穩(wěn)定性。已有研究表明，海洋熱浪的暖異常并不局限在海洋表層，也可抵達(dá)海洋深層；此外，不同影響深度的海洋熱浪的驅(qū)動(dòng)機(jī)制和海洋生物響應(yīng)都具有顯著差異。然而，目前我們對(duì)全球海洋熱浪的垂向結(jié)構(gòu)和影響深度尚不清楚。
本研究基于衛(wèi)星觀測(cè)的海表溫度和Argo觀測(cè)的次表層溫度剖面數(shù)據(jù)，定義了4類主要的具有不同垂向結(jié)構(gòu)的海洋熱浪：淺層、次表層反向型、次表層加強(qiáng)型和深層海洋熱浪（圖1），并分析了這4類海洋熱浪的時(shí)空特征及相關(guān)的動(dòng)力機(jī)制。研究結(jié)果表明，具有不同垂向結(jié)構(gòu)的海洋熱浪的空間分布具有顯著差異性，其中次表層反向型和次表層加強(qiáng)型海洋熱浪在低緯度海域占比較高，而淺層和深層海洋熱浪多發(fā)于中高緯度海域。海洋多尺度動(dòng)力過(guò)程（例如海洋行星波動(dòng)、中尺度渦旋、邊界流等）對(duì)海洋熱浪的垂向結(jié)構(gòu)形成具有重要作用，這也反映了海洋動(dòng)力過(guò)程對(duì)海洋熱量再分配的重要影響。淺層與次表層反向型海洋熱浪的影響深度較淺，而次表層加強(qiáng)型和深層海洋熱浪具有較深的影響深度，其空間分布與海洋的熱動(dòng)力背景密切相關(guān)。在過(guò)去20年，由于海洋的持續(xù)升溫，這4類海洋熱浪呈顯著增多的趨勢(shì)，并伴隨著影響深度加深。
該研究揭示了全球海洋熱浪垂向結(jié)構(gòu)的多樣性及其時(shí)空特征對(duì)全球氣候變暖背景下海洋儲(chǔ)熱及熱量再分配的指示作用。研究結(jié)果有助于對(duì)海洋極端事件時(shí)空特征及形成機(jī)理的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，為構(gòu)建海洋災(zāi)害立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及預(yù)報(bào)平臺(tái)提供重要的科學(xué)依據(jù)。
該研究由國(guó)家基金項(xiàng)目（42090042、42006026、42149910）、中國(guó)科學(xué)院項(xiàng)目（133244KYSB20190031、183311KYSB20200015、XDB42010305、SCSIO202201）、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2023A04J0188）共同資助完成。
相關(guān)論文信息：Zhang, Y., Du, Y.*, Feng, M., & Hobday, J. A. (2023). Vertical structures of marine heatwaves. Nature Communications. 14, 6483.
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42219-0
圖1（a）極端海洋熱浪事件；（b-e）不同類型海洋熱浪的垂向結(jié)構(gòu)
附件下載：