海洋热含量变化是全球气候变化的一个核心指标，也是链接地球系统能量循环、水循环和碳循环的一个关键点（图1a）。近些年，随着热含量观测数据集不断丰富，探究海洋热含量变化事实、机制并揭示其气候影响，逐渐成为海洋和气候变化研究领域的热点和焦点问题。同时，大量研究也产生了一些争议之处，亟需进行较为系统的梳理。
10月18日，Nature Reviews Earth & Environment发表了由中国科学院大气物理研究所牵头、联合国内外14家单位15位研究人员共同撰写的综述论文（题目：Past and future ocean warming）。该论文较为系统性探讨了海洋热含量变化的科学意义、定量评估了自上世纪50年代以来的热含量变化观测事实、提供了全球和区域热含量变化的未来预估、梳理了其变化机制、总结了海洋变暖对人类和生态系统的广泛影响、展望了目前领域的不足和未来研究方向。
该综述首先阐述了海洋热含量、海洋热含量变化、海洋热吸收、海洋热量输送等几个基本定义，为未来更准确的使用相关术语提供了参考。进而系统性梳理和提炼了海洋热含量的科学意义，提出海洋热含量通过一系列反馈过程链接了地球系统能量循环、水循环和碳循环三大核心循环（图1a）。例如，海洋热含量变化与海洋-大气、海洋-冰之间的能量和水交换密切关联，是能量和水循环的耦合通道；海洋变暖通过调节海洋碳吸收的强度，体现了能量和碳循环的相互作用过程；海洋热含量变化影响地球系统能量不平衡、影响地表反照率，是全球能量循环的核心环节；海洋变暖可调节人类强迫强度，对人类和生态系统有重要影响，是联系人类系统和各大自然循环的一个关键节点。
图1. 海洋热含量链接地球系统能量循环、水循环和碳循环（上图）；海洋变暖对地球系统有广泛影响（下图）。
基于其重要意义，该综述评估了热含量估计的最新数据集和科学技术进展，提出了海洋热含量变化的最新测算。新测算表明，1958-2019年间，海洋整层已经变暖了378.4 ± 64.5 ZJ (1 ZJ = 10的21次方焦耳)。同时，上层2000米海洋变暖速率从1960年代<5 ZJ/yr，增加至2010年代的10 ZJ/yr，表明海洋变暖速率的显著增加。新测算与IPCC-AR6第一工作组报告差异显著，纠正了后者在全球和部分区域对海洋增暖速率的偏差，反映了对海洋变化的最新科学认识。
论文同时评估了6个主要海盆热含量的历史变化和未来预估（图2），发现1958-2019年间，大西洋（35S-64N）和南大洋（南纬35度以南的区域）储存了全球海洋增暖的36%和33%的热量，是主要的储热池。到本世纪末，太平洋将超越大西洋和南大洋，成为最主要的热量储存池。但由于热含量变化也受到水体体积的影响，如果计算单位面积加热速率，相对于太平洋和印度洋，大西洋和南大洋在过去和未来均显示出更强的单位面积海洋变暖速率。
图2. 全球和主要海盆上层2000米海洋热含量变化。
海洋变暖并不是空间一致的（图2），为了探究海洋热含量变化空间结构的形成机制，论文分析了平均环流的热输送、环流异常导致的热量重新分配这两个机制对热含量空间场形成的影响。结果表明，过去半世纪海洋变暖空间结构的形成主要受到海洋环流变化的影响；而本世纪，上述两个机制都将较为重要。
2022年，全球各地都发生了一系列破纪录的极端气候事件，其背后是地球系统的多圈层变化。海洋热含量作为一个核心气候变化事实，其不仅仅是气候变化的一个指标，也对持续对大气、海洋、陆地、冰冻圈产生巨大影响（图1b）。为进一步推进相关方向研究，论文最后探讨了目前存在的挑战和未来的研究方向，提出需要在下述方向取得进展：持续维护和改进海洋热含量观测系统、定量揭示热含量测算的不确定性来源、融合地球系统多源数据提升热含量估算准确度、提升热含量变化机制的认识、更好的理解和认识模式对海洋热含量的模拟结果并改进模型、认识和理解热含量变化的极端事件及“复合事件”、揭示古气候时期的热含量变化等。
论文作者团队包括中科院大气物理研究所成里京、朱江、俞永强研究员，潘玉莹博士研究生；法国麦卡托海洋中心K. von Schuckmann研究员；美国圣-托马斯大学J. Abraham研究员；美国大气研究中心K. Trenberth和J. Fasullo研究员；美国宾州州立大学M. Mann教授；美国纽约大学克朗研究所L. Zanna、Emily R. Newsom研究员；澳大利亚新南威尔士大学M. England、J. Zika研究员；中国海洋大学林霄沛教授。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）（XDB42040402）、国家自然科学基金（42122046, 42076202）、中国科学院青年创新促进会（2020-077）等项目的支持。
论文：
Cheng, Lijing, Karina von Schuckmann, John P. Abraham, Kevin E. Trenberth, Michael E. Mann, Laure Zanna, Matthew H. England, Jan D. Zika, John T. Fasullo, Yongqiang Yu, Yuying Pan, Jiang Zhu, Emily R. Newson, Ben Bronselaer and Xiaopei Lin, 2022: Past and future ocean warming. Nature Reviews Earth & Environment. https://doi.org/10.1038/s43017-022-00345-1
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