南大洋海洋热浪的时空分布模式及其在空气-海洋相互作用中的作用

《Journal of Marine Systems》：Spatiotemporal patterns of marine heatwaves in the Southern Ocean and their role in air-sea interaction

本研究分析1982-2022年南方海洋热浪（MHW）的时空特征及气候影响，发现北纬65°以北区域MHW频率（0.4次/十年）和强度显著升高，尤其2008年后与人为气候变暖及ENSO、IOD等模式相关。2013年MHW事件揭示垂直热传输机制，导致120米深处升温6.2℃，影响海洋分层与大气过程。研究强调海洋动力与大气条件的复杂相互作用，为预测南方海洋气候响应提供依据。

　　海洋热浪（Marine Heatwaves, MHWs）是海洋中持续时间较长、温度异常升高的现象，通常指海表温度（Sea Surface Temperature, SST）超过历史记录的90百分位阈值。近年来，随着全球气候变暖的加剧，海洋热浪的发生频率、持续时间和强度都有显著上升，对海洋生态系统、渔业资源以及全球气候系统产生了深远的影响。然而，尽管南极洲周围的南大洋（Southern Ocean, SO）是全球变暖最为显著的区域之一，其海洋热浪的研究仍相对不足。本文通过分析1982年至2022年间南大洋的海洋热浪情况，揭示了其在空间和时间上的变化特征，并探讨了海洋热浪对大气和海洋相互作用的影响。

南大洋作为全球气候调节的重要组成部分，不仅吸收了全球大部分的热量，还承担着吸收二氧化碳的关键角色。它拥有丰富的生物生产力，并通过形成冷而密的水体，为全球洋流循环提供了动力。南大洋中的南极环流（Antarctic Circumpolar Current, ACC）是地球上最大的洋流系统之一，负责将大西洋、太平洋和印度洋的水体相互连接，其强度和方向对全球海洋环流模式具有重要影响。此外，南大洋的强西风带推动了海水的循环，形成了独特的海洋动力环境。

研究发现，南大洋在1970年至2017年间吸收了全球35%至45%的热量，这一比例可能在2017年达到65%。这表明南大洋在全球气候系统中扮演着越来越重要的角色。然而，由于南大洋的特殊地理位置和复杂的海洋动力过程，其海洋热浪的时空变化特征仍存在许多未解之谜。特别是南极洲周围的海域，虽然经历了显著的升温，但关于海洋热浪的详细研究仍然有限。

为了填补这一研究空白，本文对南大洋的海洋热浪进行了系统分析，重点关注其在空间和时间上的变化模式。研究发现，南大洋北部（65°S以北）的海洋热浪频率和强度显著高于南部（65°S以南）的冰区。北部区域，尤其是南印度洋和南太平洋，海洋热浪的发生频率超过了2.5次/年，而南部冰区的海洋热浪频率则在1至2.2次/年之间。这种差异可能与南大洋北部地区更少的海冰覆盖、更活跃的海洋动力过程以及更频繁的空气-海洋相互作用有关。

在季节变化方面，海洋热浪的强度和频率在不同季节表现出明显的差异。夏季是南大洋北部海洋热浪最频繁发生的季节，特别是在南印度洋，其热浪频率达到峰值。而冬季的海洋热浪则相对较少，这可能与冬季的强风带和海冰形成有关。此外，研究还发现，海洋热浪的强度在不同季节的分布也有所不同。夏季的海洋热浪强度往往高于冬季，尤其是在南太平洋的某些区域，如普里兹湾（Prydz Bay）和罗斯海（Ross Sea）等。

在时间变化方面，研究发现南大洋的海洋热浪在2008年后显著增加。这一趋势与人为气候变化、海表温度的上升以及某些气候模式的变化密切相关。例如，厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）的不同阶段对海洋热浪的发生和强度有显著影响。厄尔尼诺期间，热带太平洋和东经太平洋的海表温度上升，导致上层海洋热量增加，而贸易风的减弱则减少了上升流，使得暖水得以持续、扩散并加剧海洋热浪。相反，拉尼娜期间，东经太平洋的海表温度下降，而暖水则向西移动，导致西经太平洋和印度洋的海洋热浪增加。

此外，研究还发现，南大洋的海洋热浪受到其他气候模式的影响。例如，印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）在春季和秋季对海洋热浪的强度和频率有显著影响，特别是在罗斯海。这种影响可能与印度洋偶极子对大气环流的调节作用有关，从而改变了海洋热浪的分布和强度。同样，南方环流模式（Southern Annular Mode, SAM）对南大洋的海洋热浪也有一定的影响，特别是在美国西海岸，拉尼娜期间的SAM变化可能导致海洋热浪在河口地区更加显著。

2013年的海洋热浪事件是一个重要的案例，它展示了海洋热浪如何影响海洋的深层结构。在这一事件中，南大洋的某些区域，如罗斯海，海水温度在120米深度达到了6.2°C，这不仅增加了该地区的热量含量，还显示出海洋热浪如何通过垂直方向传递热量，影响从海表到深海的多个层次。这种现象对于理解海洋热浪的长期影响具有重要意义，因为它表明海洋热浪不仅仅是海表温度的变化，还可能对海洋生态系统和全球气候系统产生深远的影响。

研究还发现，海洋热浪对海洋生态系统和经济活动的影响是显著的。例如，海洋热浪可能导致海洋生物的死亡，推动物种向或超越其热耐受极限。一些研究记录了远距离物种迁移、大规模死亡事件以及广泛的珊瑚白化现象。这些现象不仅影响了海洋生态系统的稳定性，还对渔业资源和经济活动造成了严重影响。例如，海洋热浪可能导致某些渔业资源的减少，从而影响渔民的生计和全球经济。

此外，海洋热浪对海洋-大气相互作用的影响也是不可忽视的。研究发现，海洋热浪可能通过改变大气环流模式，影响全球气候系统。例如，厄尔尼诺和拉尼娜期间的海洋热浪可能通过改变大气环流，影响降水模式和风速分布。这种影响可能进一步加剧全球气候变暖的趋势，并对全球气候系统产生深远的影响。

未来的研究需要进一步探讨南大洋海洋热浪的时空变化特征，以及其对全球气候系统的影响。特别是在南大洋北部和南部冰区，海洋热浪的分布和强度可能受到不同的气候模式和海洋动力过程的影响。因此，了解这些因素对于预测南大洋未来对气候变化的响应具有重要意义。此外，研究还应关注海洋热浪对海洋生态系统和经济活动的长期影响，以及如何通过有效的管理措施来减轻这些影响。

总的来说，海洋热浪是一个复杂的气候现象，其发生频率、强度和持续时间在不同地区和季节表现出显著差异。南大洋作为全球气候调节的重要组成部分，其海洋热浪的研究对于理解全球气候系统和预测未来气候变化趋势具有重要意义。通过深入研究海洋热浪的时空变化特征及其对大气和海洋相互作用的影响，我们可以更好地应对气候变化带来的挑战，并采取有效的措施来保护海洋生态系统和经济活动。