科研成果
大气与海洋共同驱动下东北太平洋海洋热浪的发生机制研究
时间：2023年02月03日
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近日，卫星海洋环境动力学国家重点实验室王云涛研究员团队及合作者在海洋热浪发生机制领域取得新进展，该成果以论文形式在《自然》（Nature）合作期刊《npj-气候与大气科学》(npj Climate and Atmospheric Science)上发表，题为Combined oceanic and atmospheric forcing of the 2013/14 marine heatwave in the northeast Pacific（大气与海洋动力共同驱动下东北太平洋海洋热浪的发生机制）。研究结合多源观测与海气耦合模式，探究了海洋与大气过程共同作用下，2013/2014冬季东北太平洋强热浪事件的形成机制。论文的第一作者为我室与浙江大学联合培养的博士研究生陈焕焕，合作者包括该室于溢副研究员、马文涛副研究员，中科院南海海洋研究所修鹏研究员，厦门大学柴扉教授。
海洋热浪表示一种海水异常增温事件，其持续时间可从几周到几年不等。这种异常增温事件对海洋生态系统以及渔业经济等具有重要影响。如，海洋热浪事件会造成大规模的珊瑚白化以及海带林和海草面积的大幅度减少，在更高的营养水平上，海洋热浪同样会对龙虾、雪蟹、鲍鱼以及扇贝等经济物种产生影响，进而影响渔获量，从而对渔业经济产生影响。
2013/2014年冬季，东北太平洋发生了一次前所未有的海表面温度异常增暖事件（Blob）（图1）。以往研究认为研究区域上空的阿留申低压减弱，导致的风速减弱引起了海气热通量异常，是驱动此次Blob形成的主要原因。本研究在前人基础上结合多源观测资料和模型，揭示除风速减弱有利于热浪形成外，风向异常所引起的海气热通量异常，同样在海水异常增暖中发挥了重要的作用，从而驱动了热浪的生成。
图1. 东北太平洋海洋热浪特征。（a）热浪期间海表温度异常的平均值，黑色框表示本研究关注的区域；
（b）研究区域内海表温度的气候态平均、时间序列、热浪检测阈值、热浪事件。
本研究利用模型开展了一系列敏感性实验，进一步评估了气温和风场对Blob的作用：当把气温替换为气候态气温并驱动模型时，Blob现象则不会出现，且海表温度（SST）和上层150 m海洋热含量（OHC）较对照实验结果均下降，混合层深度（MLD）则比实际大气条件下的对照实验中更深。当把风场替换为气候态时，东北太平洋海域仍然存在明显的暖异常，空间分布与对照实验相似，但强度较弱；SST（OHC）和MLD值则介于气候态气温驱动的敏感性实验和对照实验之间。证实了风速减弱所导致的气温异常，同样在2013/2014年Blob形成中起着重要作用（图2）。
图2. 海洋热浪形成机制示意图
（a）气候态条件下海气关键过程的特征；（b）热浪形成阶段，大气与海洋过程的异常特征。
在气候变化的影响下，海洋温度持续上升，海洋热浪的发生频率增加、持续时间增长。从1925年至2016年，海洋热浪事件发生频率和持续时间分别增加了34%和17%，从而导致全球海洋热浪天数增加达50%，这种变化预计在未来也会愈加显著。因此，加深对海洋热浪事件的理解，以便在全球变暖的情况下指导海洋生态环境保护、渔业栖息地和水产养殖区域养护等具有至关重要的作用。
该研究得到国家自然科学基金（41730536，42176013）、自然资源部第二海洋研究所青年英才计划（QNYC2202）和科技部重点研发计划（2022YFE0136600）的资助。
论文链接：
Chen, H.H., Wang, Y., Xiu, P., Yu, Y., Ma, W., Chai, F. (2023). Combined oceanic and atmospheric forcing of the 2013/14 marine heatwave in the northeast Pacific. npj Climate and Atmospheric Science, 6, 3.
https://doi.org/10.1038/s41612-023-00327-0.
