近日，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所王凡團(tuán)隊(duì)在《自然-通訊》期刊（Nature Communications）發(fā)表了題為“Emergence of the North Pacific heat storage pattern delayed by decadal wind-driven redistribution”的研究論文。該研究揭示了太平洋年代際振蕩（Pacific Decadal Oscillation,PDO）對(duì)北太平洋熱量存儲(chǔ)格局的主導(dǎo)作用，闡明了風(fēng)生經(jīng)向熱量再分配過程在熱存儲(chǔ)中的重要地位，并指出當(dāng)前氣候模式對(duì)熱存儲(chǔ)模擬的差異成因，為提升北太平洋及邊緣海的氣候預(yù)測(cè)水平提供了理論依據(jù)。
溫室氣體排放導(dǎo)致的地球系統(tǒng)能量增加中有90%以上被海洋吸收，但海洋熱量存儲(chǔ)在地理上并不均勻，對(duì)區(qū)域氣候和人類社會(huì)產(chǎn)生了廣泛影響。第六次國(guó)際氣候模式比較計(jì)劃CMIP6表明中緯度北太平洋的熱量存儲(chǔ)顯著增加，熱帶西北太平洋的儲(chǔ)熱變化最弱（圖1a）。然而，觀測(cè)到的北太平洋熱存儲(chǔ)格局更加復(fù)雜，與CMIP6集合平均呈現(xiàn)明顯差異（圖1），在熱帶西北太平洋具有最強(qiáng)變暖，在中緯度北太平洋變暖有限甚至變冷。由于CMIP6集合平均主要表示外強(qiáng)迫變化，北太平洋熱存儲(chǔ)格局的模擬-觀測(cè)差異可能源于模式對(duì)外強(qiáng)迫驅(qū)動(dòng)的熱存儲(chǔ)存在系統(tǒng)模擬偏差，或者源于自然變率主導(dǎo)觀測(cè)的熱存儲(chǔ)格局。
基于觀測(cè)數(shù)據(jù)集、HYCOM海洋模式試驗(yàn)和CMIP6多模式模擬，該研究揭示了自然變率PDO對(duì)20世紀(jì)中期以來北太平洋熱存儲(chǔ)格局的主導(dǎo)作用，并證實(shí)了熱存儲(chǔ)的模擬-觀測(cè)差異很大程度上由PDO解釋。近幾十年的PDO位相轉(zhuǎn)換改變了北太平洋風(fēng)場(chǎng)的長(zhǎng)期變化，進(jìn)而通過海洋羅斯貝波和調(diào)整西邊界流黑潮延伸體系統(tǒng)變化驅(qū)動(dòng)了海盆尺度的熱量再分配，有效消除了中緯度北太平洋的變暖，并助長(zhǎng)了熱帶西北太平洋的熱量積累（圖2）。這些過程造成的區(qū)域變暖/變冷結(jié)構(gòu)掩蓋了人類活動(dòng)引起的熱存儲(chǔ)格局，導(dǎo)致觀測(cè)中的熱存儲(chǔ)格局比氣候模式更為復(fù)雜。進(jìn)一步，根據(jù)氣候模式預(yù)測(cè)的人為儲(chǔ)熱信號(hào)的出現(xiàn)時(shí)間（Time of Emergence,ToE），北太平洋熱存儲(chǔ)預(yù)計(jì)將持續(xù)受自然變率影響直到21世紀(jì)后期，盡管邊緣海域（如北美西海岸、白令海和鄂霍茨克海）的人為加劇變暖信號(hào)已經(jīng)出現(xiàn)。這意味著未來幾十年北太平洋的熱存儲(chǔ)格局將在PDO的影響下發(fā)生變化，但可能仍與氣候模式預(yù)測(cè)的不同，凸顯了對(duì)PDO進(jìn)行準(zhǔn)確初始化預(yù)測(cè)的迫切需求。
圖1?1958年以來0-2000米熱含量趨勢(shì)（單位：W m-2）
圖2?太平洋年代際振蕩PDO主導(dǎo)北太平洋熱量存儲(chǔ)格局的機(jī)制示意圖
上述研究強(qiáng)調(diào)了自然變率對(duì)北太平洋熱存儲(chǔ)格局的主導(dǎo)作用，調(diào)和了氣候模式與觀測(cè)資料之間在熱量存儲(chǔ)格局上的顯著差異，為提高氣候預(yù)測(cè)水平提供了科學(xué)依據(jù)。論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所段靜副研究員，通訊作者為李元龍研究員，合作作者包括中國(guó)科學(xué)院海洋研究所王凡研究員、呂宜龍助理研究員、中國(guó)海洋大學(xué)荊釗教授。該研究獲得了嶗山實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)等聯(lián)合資助。
