作为地球气候系统最大的热储库，海洋吸收了90%以上人类活动造成的地球能量盈余。过去一个世纪以来，海洋增暖主要发生在海洋上层，下层的温度变化则很小。这种差异反映为海洋较小的瞬时热储存效率（全球平均海洋温度变化与平均海表温度变化之比），目前其观测值仅为0.1左右。那么，在更长时间尺度上，海洋热储存效率能达到多少，其背后的物理机制又是什么呢？

古气候记录为这一问题提供了线索。南极冰芯和深海温度记录表明，末次盛冰期（约2万年前）以来海洋平均温度升高了约3°C（图1C），这与平均海表温度的升高幅度相当（图1B），即在末次冰消期万年尺度上海洋热储存效率约等于1（图1D）。这暗示海洋的热储存潜力远大于目前观测所得。但以往这些记录仅代表海洋平均的情况，无法解析其增暖的三维结构，从而无法对海洋热储存机制进行深入探讨。

针对此问题，研究整合了涵盖全球海洋次表层的119个底栖有孔虫氧同位素记录，结合先进的地球气候瞬变模拟试验iTRACE，对末次冰消期的海洋热量变化进行了详尽的观测-模拟对比研究。研究首先复现了末次冰消期海洋热储存效率在万年尺度上接近于1，在千年尺度事件如海因里希事件（发生在距今1.8-1.47万年前）里大于1的观测事实（图1B-D）。

图1 末次冰消期海洋温度演变的观测记录与模拟结果

在此基础上，三维海洋温度重建结果和模式结果一致显示，相比于其他深度水体，末次冰消期里海洋中层深度（300-1500米）的增暖最强 ，底层的增暖最弱（图2）。iTRACE不同气候强迫因子的敏感性试验表明，温室气体升高和陆地冰川退缩造成中纬-副极地海区出现增暖极值，增暖区对应于强烈的中层水通风区，热量得以通过潜沉过程不断转移到海洋内部，显著增强了海洋中层水的热量储存。在千年尺度事件中，北大西洋淡水注入造成的翻转环流减弱引起热量在海洋次表层累积（图2D-F），进一步增强了海洋热储存效率。

图2 末次冰消期海洋温度变化的空间分布

以往研究认为占据全球海洋体积50%以上的深层水的温度变化决定了海洋整体温度的变化。然而在末次冰消期，深水形成区大部分被海冰所覆盖，温度维持在冰点附近（约-1.8°C），因而深层水的温度变化也较小（图2）。该研究解决了这一悖论，指出在末次冰消期里海洋中层水的增暖最显著，是决定海洋整体增暖的关键。

研究揭示了长时间尺度上海表增暖型态及海洋环流变化影响海洋热储存效率的物理机制，研究结果对理解过去（如冰期-间冰期旋回）及未来增暖下海洋的热储库效应具有重要意义。

上述研究成果近期发表于期刊《Science Advances》，中国科学院大气物理研究所朱晨玉副研究员和美国俄勒冈州立大学Saray Sanchez博士生为论文共同第一作者，美国俄亥俄州立大学刘征宇教授和俄勒冈州立大学Peter U. Clark教授为论文共同通讯作者，来自中国海洋大学、崂山实验室、大气所，美国迈阿密大学等国内外多家单位的专家学者参与了该项研究。研究得到国家自然科学基金、崂山实验室、国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”（EarthLab）等的共同资助和支持。

论文信息：Chenyu Zhu et al., Enhanced ocean heat storage efficiency during the last deglaciation. Sci. Adv.10,eadp5156(2024). DOI:10.1126/sciadv.adp5156