最近的觀測(cè)和模擬研究表明,過去90萬(wàn)年以來(lái)在冰期-間冰期循環(huán)尺度上,海洋平均溫度變化與全球平均海表溫度變化相當(dāng),即海洋熱儲(chǔ)存效率約等于1(Zhu et al., 2024; Clark et al., 2025)。如末次冰消期(距今約2萬(wàn)年至1萬(wàn)年前)平均海表溫度升高了約3°C,與此同時(shí)海洋平均溫度也升高了約3°C,對(duì)應(yīng)海洋熱含量增加約17*1024焦耳。對(duì)冰消期海洋熱含量及海洋熱儲(chǔ)存效率的研究將深化我們對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度上海洋熱儲(chǔ)庫(kù)作用的理解。
通過對(duì)古氣候重建、同化數(shù)據(jù)及多模式模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,新研究(Zhu et al., 2025)發(fā)現(xiàn)在冰期-間冰期時(shí)間尺度上,海洋熱含量變化存在顯著的“型態(tài)效應(yīng)”。具體來(lái)說,對(duì)于給定的冰消期平均海表溫度變化,當(dāng)更多的增暖發(fā)生在南大洋時(shí),海洋熱含量將增加得更多。這主要是因?yàn)槟洗笱缶哂懈鼮閺V闊的海洋通風(fēng)面積,從而使海表的暖信號(hào)更高效地通過平流等過程進(jìn)入海洋內(nèi)部,引起海洋中層熱含量快速增加(圖1)。多元線性回歸分析定量證實(shí)了南大洋(相比于其他海區(qū))對(duì)海洋熱含量變化的主導(dǎo)作用。此“型態(tài)效應(yīng)”解釋了末次冰消期海洋熱含量模擬的極大模式間差異。結(jié)合古氣候重建資料,研究指出末次冰消期副熱帶南大洋(30°S-60°S)的海表增暖與北半球同緯度的海表增暖幅度相當(dāng)(而非遠(yuǎn)小于)。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)南大洋海表溫度變化與南極海冰面積變化具有顯著的相關(guān)性,前者可為后者的重建提供一定的物理約束。以上研究成果將增進(jìn)我們對(duì)冰期-間冰期尺度上海洋熱含量及南大洋冰-海-氣相互作用的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

圖1 末次冰消期海洋熱含量增加機(jī)制示意圖
上述研究近期發(fā)表于期刊《Geophysical Research Letters》,中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所朱晨玉副研究員為論文第一和通訊作者,合作者包括大氣物理研究所成里京研究員、美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)劉征宇教授和俄勒岡州立大學(xué)Peter U. Clark教授。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”(EarthLab)等的共同資助和支持。
相關(guān)論文:
Zhu, C., Cheng, L., Liu, Z., & Clark, P. U. (2025). Increase in deglacial ocean heat content linked to contrasts in extratropical warming. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL115538.?https://doi.org/10.1029/2025GL115538
Zhu, C., Sanchez, S., Liu, Z., Clark, P. U., He, C., Wan, L., et al. (2024). Enhanced ocean heat storage efficiency during the last deglaciation. Science Advances, 10, eadp5156.?http://doi.org/10.1126/sciadv.adp5156
Clark, P. U., Shakun, J. D., Rosenthal, Y., Zhu, C., Bartlein, P. J., Gregory, J. M., K?hler, P., Liu, Z., and Schrag, D. P. (2025). Mean ocean temperature change and decomposition of the benthic?δ18O record over the past 4.5?million years. Clim. Past, 21, 973–1000.?https://doi.org/10.5194/cp-21-973-2025