全球海洋热含量加速膨胀及其对海平面上升的贡献机制研究

本研究通过分析全球海洋再分析和卫星数据，揭示了2014-2023年全球海洋热含量(GOHC)和平均海平面(GMSL)增速分别为45.2±1.78 MJ/m2 和4.7±0.23 mm/年，较前40年提高1.7-1.8倍。首次量化热膨胀贡献率达56%，证实1°C升温将导致0.89米海平面上升，为气候变化背景下海岸带风险管理提供关键数据支撑。

　　

随着人类活动加剧，地球系统正经历前所未有的能量积累。海洋作为气候系统的"热量储存库"，吸收了全球91%的多余热量，其热膨胀效应已成为海平面上升的主导因素。2023年创纪录的海表温度(SST)和最低海冰范围，以及首次超过工业化前1°C的全球SST增幅，凸显了研究海洋热力学过程的紧迫性。在此背景下，中国台湾地区科技部资助的研究团队在《Journal of Sea Research》发表重要成果，通过多源数据融合揭示了海洋热含量(OHC)与海平面变化的动态关联。

研究团队采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的第五代海洋再分析系统(ORAS5)和AVISO卫星高度计数据，构建了1961-2023年全球海洋参数数据集。通过交叉相关分析和双变量联合概率分布方法，量化了SST、OHC与海面高度(SSH)的时空耦合关系；运用格兰杰因果检验揭示了气候变量间的驱动机制；基于二阶多项式回归模型计算了各参数的加速趋势。

3.1 海洋气候指标的年代际趋势
60年数据分析显示，20°N-40°N和20°S-40°S海域的OHC增速最显著(>0.002×10¹⁰
Jm^-2
/年)，2014-2023年OHC增速达45.2 MJ/m²
/年，较前40年提高70%。SSH变化与OHC高度同步，验证了热膨胀的主导作用。二阶回归显示GMSL加速度为0.00006 m/年²
（R²
=0.9776）。

3.2 SST、OHC与SSH的相关性
交叉相关分析发现OHC与SSH在零滞后期的相关系数达0.8-0.9，但中国西南、中南半岛等区域存在3个月滞后响应。双变量分析证实OHC每增加1×10¹⁰
J/m²
可导致SSH上升1.59 m，其中热膨胀贡献0.89 m。

3.3 全球平均海平面收支
1993-2022年卫星数据显示，热膨胀贡献GMSL上升量的56%（0.0019 m/年），质量增加贡献44%。地球能量失衡(EEI)持续为正且以0.03 W/m²
/年增速累积，驱动了OHC的加速增长。

4.1 海洋加速变暖的驱动因素
格兰杰因果检验证实SST→OHC→SSH的单向驱动链（p<0.01），而反向因果关系不显著。CO₂
通量与SST变化的高度同步性（r>0.9）表明，1980年代后人类活动已超越太阳辐射成为主要驱动因素。

这项研究首次量化了近期海洋热膨胀对海平面上升的贡献率突破50%的临界点，揭示了中纬度海域(20°-40°)作为热积累核心区的空间异质性。发现的3个月滞后响应机制为区域海平面预测提供了新见解。持续的正EEI（0.03 W/m²
/年）警示即便实现碳中和，海洋热惯性仍将长期影响海平面上升。该成果不仅完善了IPCC评估报告中的海平面收支模型，更为沿海城市应对2030年代中期"月球交点周期"叠加效应引发的洪水风险提供了科学依据。