《Regional Studies in Marine Science》：Ocean heat budget characterization in the Western Tropical North Atlantic over the past 40 years
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本研究针对西热带北大西洋(WTNA)区域是否作为"热陷阱"影响经向热输送的科学假说，基于ORAS5再分析数据(1983-2022)系统评估了海洋热含量(OHC)、海洋热输送(OHT)和向下热通量(DHF)三个关键参数。研究发现该区域特别是加勒比海表现出高于全球平均的增温速率(1.64±0.026 W m-2)，且57.1%的断面OHT呈下降趋势，表明区域热滞留增强。通过经验模态分解(EMD)和蒙特卡洛模拟预测，该趋势在未来10年持续概率达85-90%，对理解低纬度热量再分配和气候变化具有重要意义。
在全球变暖背景下，海洋作为地球系统最大的热量储存库，其热收支变化深刻影响着全球气候系统。西热带北大西洋(WTNA)区域，特别是加勒比海和墨西哥湾，作为大西洋经向翻转环流(AMOC)的关键通道，长期以来被认为是全球热量再分配的重要枢纽。然而，这一复杂海域是否在气候变化背景下扮演着"热陷阱"的角色——即不断吸收并滞留热量，而非有效向北输送——已成为海洋与气候研究领域的前沿科学问题。传统观点认为，低纬度海洋通过洋流将热量向高纬度输送，但近年来的观测表明，一些热带海域的增温速率显著高于全球平均水平，这暗示着海洋热输送格局可能正在发生深刻变化。理解WTNA区域的海洋热收支特征，不仅对预测区域气候异常（如飓风活动增强、海洋热浪频发）至关重要，也为揭示全球热量再分配机制提供了关键窗口。
在此背景下，由巴西伯南布哥联邦大学Amilcar E. Calzada领衔的研究团队在《Regional Studies in Marine Science》上发表了最新研究成果。该研究首次系统性地评估了WTNA区域过去40年(1983-2022)的海洋热收支变化特征，通过多参数、多层次的综合分析，揭示了该区域特别是内陆海盆的热量滞留趋势及其机制。
研究采用了综合性的技术路线：首先基于ORAS5海洋再分析数据，该数据集通过与国际海洋观测系统(如ARGO浮标、PIRATA浮标阵列和卫星数据)的验证比较，显示出对海表温度(SST)和流场的最佳再现能力；其次，研究将水体划分为三个关键层(0-300米、300-700米和700-2000米)进行垂直分析，并定义了22个断面和10个地理区域进行区域热收支评估；关键参数计算包括海洋热含量(OHC)、海洋热输送(OHT)和向下热通量(DHF)，其中OHT通过流速与温度的积分计算，DHF则包含了海气界面的潜热、感热和辐射通量；统计方法上，采用了Sen斜率估计和Mann-Kendall趋势检验进行趋势分析，并运用经验模态分解(EMD)识别非线性趋势变化，最后通过蒙特卡洛模拟(10,000次)对未来趋势进行概率预测。
3.1. 主要评估结果
模型比较表明，ORAS5再分析数据在SST和流场再现方面表现最佳，超过90%的网格点误差在可接受范围内，特别是在再现1997年和2015-2016年等关键气候事件中的海洋热异常方面表现出色，为后续热收支分析提供了可靠数据基础。
3.2. 主要变量的初步分析
潜在温度和流速趋势分析显示，三个层级的温度均呈现普遍增暖趋势，其中300-700米中间层增温最为显著，特别是在墨西哥湾和西加勒比海区域。与之相反，流场速度在小安的列斯群岛附近海峡和通道呈现减弱趋势，这表明区域环流强度可能正在减弱。
3.3. 海洋热含量
OHC空间分布显示，加勒比海和墨西哥湾的内陆海盆是主要的热量聚集区。时间序列分析揭示了一个关键转折点：1997年左右，所有内陆海盆(Z1、Z4-Z6)的OHC趋势发生了显著转变，增温速率急剧增加。西加勒比海(Z4)的增温趋势最高，达0.557±0.0068×107J m-2month-1，相当于每十年0.79±0.01 ZJ(泽塔焦耳)。整个区域平均OHC趋势为1.26±0.03 W m-2，高于全球平均水平(1.09 W m-2)，内陆海盆更是高达1.64±0.03 W m-2。
3.4. 海洋热含量趋势变化检测
通过EMD分解发现，1997年的趋势转变主要源于300-700米层的平流过程，一股比历史平均更冷的水体在该时期通过北部和东部边界进入内陆海盆，导致OHC暂时下降后持续上升。这一信号在断面时间序列中清晰可见，特别是在北部的S14、S15、S16断面和东部的S6断面。蒙特卡洛模拟预测显示，当前OHC增长趋势在未来10年(2023-2032)持续的概率高达85-90%。
3.5. 海洋热输送
OHT分析显示，57.1%的断面(12个)呈现下降趋势，特别是连接加勒比海各子区域的关键通道(如S9、S13a)。这表明经向热输送减弱，热量更倾向于在区域内滞留而非向北输送。这一发现与AMOC减弱的研究相呼应，可能对全球热量再分配产生重要影响。
3.6. 海气热通量
DHF分析表明，墨西哥湾(Z1、Z2)和部分交换区(Z3、Z8)为负值(海洋向大气输热)，而加勒比海区域(Z4-Z7)和大陆架区(Z9)为正值(大气向海洋输热)。但大多数区域的DHF趋势微弱或略降，表明海气热通量变化不是OHC增加的主要驱动力。
3.7. 研究区域能量收支
热收支方程分析证实，在OHC增加的同时，DHF呈微弱下降趋势，这意味着水平平流热输送的辐合(即热量输入大于输出)是导致区域热含量增加的主要原因。特别是在加勒比海区域，水平热输送项的值显著高于海气热通量项。
研究结论明确指出，西热带北大西洋特别是其内陆海盆(加勒比海和墨西哥湾)在过去40年间确实表现出显著的"热陷阱"特征。1997年左右的热收支格局转变标志着该区域从相对平衡状态进入加速热累积阶段，其中300-700米中间层的贡献最为突出。同时，海洋热输送的减弱趋势表明经向热量再分配效率可能正在降低，更多的热量被滞留于低纬度海域。
这一发现具有重要科学意义和实际价值：一方面，它解释了为什么加勒比海等区域近年来海洋热浪频发、飓风快速增强事件增多——上层海洋储存的巨量热能为这些极端事件提供了能量基础；另一方面，热带海洋热滞留增强可能通过改变海温梯度影响大气环流，进而对全球气候产生遥相关影响。研究提出的概率预测框架也为区域气候风险评估提供了新工具。该成果不仅深化了对热带海洋热收支动态的理解，也为改进气候模型参数化和预测未来气候变化趋势提供了关键科学依据。
