工業(yè)革命以來，人類活動(dòng)產(chǎn)生大量溫室氣體和氣溶膠，造成地球系統(tǒng)能量收支不平衡，全球正在加速變暖。地貌由綠變黃、森林大火蔓延、冰雪融化導(dǎo)致海平面高度升高……大多數(shù)進(jìn)入地球系統(tǒng)的總能量通過海氣界面熱通量形式被海洋表層吸收，進(jìn)而被海洋環(huán)流運(yùn)輸、遷移并存儲(chǔ)在海洋內(nèi)部。海表吸熱是影響區(qū)域和全球氣候的關(guān)鍵因子，其變化對(duì)地球各圈層均有影響，能夠調(diào)節(jié)全球變暖速率。

19世紀(jì)中期以來，隨著全球加速增暖，海洋從大氣中吸收并存儲(chǔ)的熱量也在迅速增加，其中以南大洋（30°S以南，圍繞南極大陸的海域）和北大西洋的表層熱吸收為主，但南大洋的貢獻(xiàn)大于北大西洋。這種海洋吸熱的南北不對(duì)稱性很大程度上源于大氣中溫室氣體和人為氣溶膠的同時(shí)增加，并且與海洋環(huán)流的變化有關(guān)。大西洋的一支強(qiáng)勁熱鹽環(huán)流——大西洋經(jīng)圈翻轉(zhuǎn)流（AMOC）在其中發(fā)揮重要作用，其上層分支可將熱帶地區(qū)暖海水輸送至北大西洋中高緯度地區(qū)，為北美和歐洲大陸帶來溫暖空氣和豐沛降水。已有研究通過分析冰芯等記錄發(fā)現(xiàn)，在地質(zhì)歷史時(shí)期，AMOC的減弱（如新仙女木事件，距今約1.28萬年前）導(dǎo)致全球變冷、東亞夏季風(fēng)減弱、冬季風(fēng)增強(qiáng)。由此可見，AMOC在調(diào)節(jié)全球氣候中發(fā)揮重要作用。

在北大西洋地區(qū)，溫室氣體的增暖效應(yīng)導(dǎo)致AMOC減弱、海洋吸熱增加；人為氣溶膠卻帶來相反的影響，其冷卻效應(yīng)使AMOC加強(qiáng)、海洋吸熱減少；這兩種效應(yīng)相互抵消，使北大西洋熱吸收增加較少；由于人為氣溶膠主要集中在北半球，因此，對(duì)于南大洋地區(qū)來說，其溫室氣體的增暖效應(yīng)主要驅(qū)動(dòng)海洋熱吸收的大幅增長。但當(dāng)著眼于整個(gè)21世紀(jì)海洋熱吸收的可能變化時(shí)，科研人員發(fā)現(xiàn)在未來預(yù)估氣候變暖情景下，大氣中人為氣溶膠減少，溫室氣體濃度隨排放情景不同或減少或增加。這與19世紀(jì)中期以來二者同時(shí)增加的狀況存在較大區(qū)別。因此，21世紀(jì)海洋熱吸收的區(qū)域特征和機(jī)制可能因不同排放情景而改變。

近期，中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員黃剛團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國加州大學(xué)河濱分校研究人員，在Science Advances上，發(fā)表了題為Dependence of regional ocean heat uptake on anthropogenic warming scenarios的研究論文，揭示全球變暖不同情景下，氣溶膠和溫室氣體對(duì)海洋吸熱的區(qū)域影響?；凇栋屠鑵f(xié)定》確立的1.5°C、2.0°C低溫升閾值和已有研究，該研究著重探討了未來低排放情景下海洋熱吸收的南北不對(duì)稱性及原因，分析大氣氣溶膠對(duì)海洋，尤其是北大西洋熱吸收、傳輸和存儲(chǔ)的重要調(diào)控作用。

研究人員利用第五次國際耦合模式比較計(jì)劃的多模式模擬數(shù)據(jù)，運(yùn)用通用地球系統(tǒng)模式進(jìn)行氣候模擬實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，21世紀(jì)北大西洋和南大洋海表吸熱在高排放情景下具有一致增加的長期趨勢(shì)。但是，在低排放情景下，和南大洋吸熱減少的長期趨勢(shì)相比，北大西洋吸熱具有增加的長期趨勢(shì)，這使北大西洋在未來成為全球海洋吸熱的中心。其中，南大洋吸熱在高低排放情景下的相反趨勢(shì)主要是由于溫室氣體的不同走向；北大西洋吸熱在高低排放情景下均為增加趨勢(shì)，主要受人為氣溶膠和溫室氣體共同調(diào)控。該研究進(jìn)一步指出，在高、低排放情景下，未來人為氣溶膠減少會(huì)造成AMOC減弱、海洋向北熱輸送減弱、北大西洋副極地地區(qū)熱輻散，進(jìn)而導(dǎo)致北大西洋副極地地區(qū)海表熱吸收增加、整層海洋熱存儲(chǔ)減少。

“前人在研究海洋吸熱在全球變暖情景下的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于歷史時(shí)期，自中排放至高排放情景下，北大西洋在全球海洋吸熱中占比越來越多；南大洋對(duì)全球海洋吸熱的貢獻(xiàn)雖仍為主導(dǎo)，但是越來越少。然而，人們?nèi)狈?duì)未來低排放情景下海洋吸熱區(qū)域特征和機(jī)制的認(rèn)識(shí)?！闭撐牡谝蛔髡?、大氣所博士生馬曉帆說?！拔覀兪状伟l(fā)現(xiàn)低排放情景下海洋吸熱具有明顯的南北不對(duì)稱形態(tài)，長遠(yuǎn)來看，北大西洋吸熱持續(xù)增加，將成為全球海洋吸熱的主要區(qū)域。該現(xiàn)象反映出氣溶膠的重要調(diào)控作用及AMOC的影響。因此，重視人為排放氣溶膠的氣候效應(yīng)、考慮海洋環(huán)流的長期影響，將有助于氣候事件的檢測(cè)歸因和提升對(duì)人類活動(dòng)影響氣候變化的預(yù)估水平”。

“為避免地球生態(tài)失衡，國際社會(huì)共同協(xié)商，各國為減緩全球變暖正做出實(shí)際舉措，人類正朝著實(shí)現(xiàn)低排放目標(biāo)而努力。該研究體現(xiàn)出低排放能夠調(diào)節(jié)海洋吸熱的重要科學(xué)意義，有利于推動(dòng)學(xué)界認(rèn)識(shí)、理解和預(yù)估低排放情景下的氣候變化”，論文通訊作者黃剛談到。該研究的合作者還包括美國加州大學(xué)河濱分校助理教授Wei Liu和Robert J. Allen、大氣所研究員李熙晨。

由于目前海洋觀測(cè)存在時(shí)空局限性，該研究依賴氣候模式的模擬結(jié)果；未來觀測(cè)體系的健全、觀測(cè)數(shù)據(jù)的改進(jìn)有利于在此基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充研究。加強(qiáng)氣候模式的研發(fā)、提升氣候模式對(duì)海洋環(huán)流的模擬能力，有助于提高決策者對(duì)海洋吸熱的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而進(jìn)行合理有效預(yù)估，為其做出減緩氣候變化有關(guān)決斷，提供科學(xué)基礎(chǔ)。

論文鏈接

圖1.近一萬年的大氣CO2濃度曲線（左）及全球平均溫度曲線（右）。人類活動(dòng)使CO2濃度和全球溫度在近一百年內(nèi)迅速攀升，遠(yuǎn)超自然條件下的速率。無論是近一萬年還是近幾百年時(shí)間尺度上，人類活動(dòng)過度排放到大氣中的CO2均是全球變暖的重要驅(qū)動(dòng)力。（左圖來自美國SCRIPPS海洋研究所，鏈接https://sioweb.ucsd.edu/programs/keelingcurve/；右圖摘自WMO Statement on the State of the Global Climate in 2019）

圖2.低排放（RCP2.6）和高排放（RCP8.5）情景下，CMIP5多模式模擬的海洋熱吸收變化。CMIP5多模式平均的2006-2100海洋熱吸收趨勢(shì)（A，B），圖A為RCP2.6情景，圖B為RCP8.5情景，打點(diǎn)區(qū)域通過95%顯著性檢驗(yàn)，正值表示海洋獲得熱量。CMIP5模式模擬的北大西洋（35oN-70oN，80oW-10oW，藍(lán)色）和南大洋（35oS-70oS，0o-360o，粉色）海表熱吸收異常值2006-2100年平均序列（C，D），圖C為RCP2.6情景，圖D為RCP8.5情景，粗線表示多模式平均結(jié)果，彩色陰影表示一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的模式間不確定性，計(jì)算異常值參考時(shí)段為2006至2025年，為方便作圖，南大洋熱吸收時(shí)間序列的數(shù)值被擴(kuò)大了三倍。

（圖片來源于該研究論文）