《英NOC研究首次揭示海洋在温度异常变化中的重要作用》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2022-05-31
  • 5月18日,英国国家海洋中心(NOC)的科学家在《自然通讯·地球与环境》(Nature Communications Earth and Environment)上发表了一项开创性研究成果,首次揭示了海洋与大气在导致北大西洋次极地温度异常变化方面的重要性。此外,还表明在过去60年里,海洋的贡献以大气为代价而加强,这说明有必要进一步了解海洋在北大西洋和欧洲气候变化中所起的作用。
    在英国研究与创新局(UKRI)的资助下,Simon Josey 和 Bablu Sinha利用了从20世纪90年代开始的海洋温度观测和尖端气候模拟进行研究,包括NOC高分辨率(约10公里)的NEMO海洋模型。研究发现,海洋上层(称为混合层)的热量逐年冷热不均,实际上有一半时间是由洋流和混合所带来的热量变化造成的,而不是像以前认为的那样主要由与大气的热量交换造成的。
    为了确定海洋运输和表面热交换作用可能的长期变化,科学家们随后将研究揭示的模式应用于1870年以来的历史船舶观测数据。研究发现,1960年左右以来,海洋运输对混合层热含量的年际变化起着更重要的作用,这可能是大西洋气候系统变化的标志,但是还需要进一步研究来确定。
    这项研究的负责人Simon Josey教授指出,新的结果推翻了长期以来的观点,即表层海洋温度的逐年变化是由与大气的热交换主导的,并确定了海洋本身的内部过程所发挥的强大作用。他还强调,更好地理解表层温度变化的原因非常重要,因为异常温暖或寒冷的海洋会影响上方的大气,从而影响欧洲的冬季和夏季天气。此外,科学家发现自1960年代以来,海洋所扮演的角色不断变化,这可能是气候系统内部变化的一个潜在的令人担忧的迹象。但是还需要进一步研究以确定它是自然起源还是气候危机造成的。(刁何煜  编译)

  • 原文来源:https://noc.ac.uk/news/new-analysis-subpolar-north-atlantic-reveals-increasingly-strong-role-ocean-unusual-year-year
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    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2022-04-04
    • 中国科学院海洋研究所张荣华研究员课题组利用最新发布的海洋模式比较计划(OMIP)数据,结合湍流微尺度观测资料和数值模拟试验等,开展热带大西洋次表层温度误差归因和模式模拟改进研究,相关成果发表在国际学术期刊Journal of Climate(IF=5.148)上。 气候模式是进行气候及其变化研究的重要工具,自上世纪60年代开始构建基于数理方程的海气耦合模式以来,气候模式的发展和应用都已取得重大成果。例如,已能再现大气温室气体增多所引发的全球变暖现象;其中,2021年发布了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)产品,这些基于气候模式的模拟结果是 IPCC(政府间气候变化专门委员会)等评估未来气候变化的主要依据。特别地,2021年诺贝尔物理学奖被授予Syukuro Manabe等气候学家,以表彰他们对“地球气候系统的物理建模,并可靠地预测全球变暖”等研究方面的卓越贡献。但目前,气候模式模拟结果与观测相比仍存在较大的差异和不确定性,这些系统性误差的存在大大削弱了模式对于气候预测和未来预估的可靠性。误差的归因和模式性能的改进一直是模式发展中的热点和难点问题,也是CMIP6所关注的三大科学问题之一。过去关于气候模式误差的研究大多局限于海表面误差,而对于海洋次表层的模拟关注较少。 本工作利用最新发布的OMIP数据发现,热带大西洋次表层存在海盆尺度的暖误差现象。该误差主要出现在100-150 米的次表层海区,并且在赤道外存在两个暖误差中心。与南侧误差相比,北侧误差强度更强、所在的深度更深。作为OMIP模式中典型的系统性误差特征,该误差没有明显的季节变化性。进一步,本工作通过进行单独海洋模式的敏感性试验,从大气和海洋两方面探究了该误差产生的原因。从大气的角度来看,该误差的产生可部分地归因于模式中风场的不确定性;从海洋的角度来看,该误差主要归因于上层海洋垂向混合参数化方案的不确定性。与湍流微尺度观测相比,海洋模式高估了内部垂向混合的强度。通过使用观测估算的扩散系数替换现有模式中的给定值,模式上层层结得到加强,热带大西洋次表层模拟得到显著改善,次表层暖误差减小了约50%。进一步的热收支分析表明,次表层海温模拟的改善主要归因于垂向混合冷却作用的加强。此外,由于次表层热力结构模拟的改善,热带流系的模拟也得到相应的改进,包括北赤道流加强等更真实的模拟。 该研究揭示了海洋垂向混合过程在次表层模式误差形成中的重要作用,对于提高海洋和气候数值模式的模拟和预测能力具有重要意义,为改进气候模式提供理论指导。研究由博士研究生张秋实、朱聿超副研究员和张荣华研究员(通讯作者)完成,研究得到了中国科学院海洋大科学研究中心、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心、中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金等项目资助。
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    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2020-02-10
    • 您是否知道,有一个比亚马逊雨林还要大的自然碳汇,它通过每年从空气中吸收60亿吨的碳来调节地球的气候?伍兹霍尔海洋学研究所(WHOI)研究人员的一份最新报告首次揭示了人们从海洋的暮光带获得的看不见的、有些令人惊讶的收益。这也被称为“暮光层”,这是阳光照射面之外的海洋层。海洋暮光带是一个充满外星生物的神秘地方。夜间,大量动物从该区域迁移到地表水以寻找食物,这有助于使碳循环穿过海洋深处,进入深海,甚至到达海底,在那里可以无限期地隔离碳。 WHOI海洋政策分析师,报告的主要作者Porter Hoagland指出,我们知道海洋的暮光带在气候中起着重要作用,但我们不确定每年有多少碳被隔离或捕获。这种微小生物的大规模迁移正在世界范围内发生,这有助于从大气中清除大量碳。确切地说,很难确定多少碳,因为海洋暮光带是一个很难到达的区域,而且还需要进一步研究。2018年4月启动的WHOI海洋暮光带项目致力于通过开发新技术来改变这一状况。 据估计,每年有20亿至60亿公吨的碳被隔离在海洋的暮光带。相比之下,世界上最大的雨林每年仅吸收约5.44亿公吨的碳,占世界每年100亿公吨碳排放量的5%。Hoagland指出,通过对碳价格的一系列调整,反映由于气候变化而导致的未来损失,这种“调节”服务的估计价值每年为3000到9000亿美元。如果没有海洋隔离碳的能力,大气中二氧化碳的含量可能比现在高出200百万分之多(约415 ppm),这将导致温度升高大约六摄氏度或华氏10.8度。 除了在碳循环中的作用外,暮光地带的鱼类生物量可能比海洋其他部分的总和还要多,而且它是地球上最丰富的脊椎动物物种——钻光鱼的家园。尽管暮光地带的鱼由于尺寸小且外形奇特,不太可能最终弄出现在人们的饭桌上,但它们的确为金枪鱼和剑鱼等经济上重要的大型鱼类以及鲨鱼、鲸鱼、海豹、企鹅和海鸟等其他顶级捕食者提供了食物。 暮光地带的生物丰富,是为商业捕鱼活动的诱人目标。海洋暮光带的动物可以被收获来生产鱼粉,以支持迅速发展的水产养殖业,并为保健品市场提供鱼油。由于暮光带主要位于不受管制的国际水域中,因此人们担心其潜在资源可能受到不可持续的开采。 研究小组希望,该报告将有助于决策者,例如将于今年春天在纽约举行会议的联合国代表,继续制定一项关于公海海洋生物养护和可持续管理的新的国际协定,在个别成员国管理的沿海水域以外的地区。 霍格兰德强调,我们需要仔细考虑可能会影响暮光地带的动物及其宝贵的生态系统的未来行动会给我们带来什么收益或损失。如果我们要朝着可持续利用资源的目标迈进,就必须提高科学认识。 (编译 刁何煜)