近日，中國科學(xué)院海洋研究所王凡團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院大氣物理研究所研究團(tuán)隊(duì)在《自然-氣候變化》期刊（Nature Climate Change，最新影響因子29.6）發(fā)表了題為“North Atlantic-Pacific salinity contrast enhanced by winds and ocean warming”的研究論文。該研究定量揭示了上世紀(jì)中葉以來大西洋-太平洋鹽度差異（APSC）的加強(qiáng)趨勢及其空間結(jié)構(gòu)，闡明了風(fēng)生海洋環(huán)流變異和水團(tuán)源地遷移對鹽度變化的重要作用，并指出當(dāng)前氣候模式對鹽度變化模擬的普遍偏差及其成因，對改進(jìn)氣候模式、提高氣候預(yù)測水平具有參考價值。

作為海水的基礎(chǔ)性質(zhì)之一，海洋鹽度是決定海洋層結(jié)和環(huán)流結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵要素。在全球海洋鹽度的分布中，大西洋的高鹽度和太平洋的低鹽度之間形成了鮮明對比，很大程度上決定了這兩個大洋在水團(tuán)性質(zhì)、環(huán)流結(jié)構(gòu)、氣候狀態(tài)和生物地球化學(xué)循環(huán)特征等方面的巨大差異，也潛在影響著它們對氣候變化的響應(yīng)和反饋方式。在氣候變暖背景下，海洋鹽度也發(fā)生著深刻變化，大西洋與太平洋的鹽度差異是加強(qiáng)還是減弱？會產(chǎn)生什么影響？當(dāng)前氣候模式（如CMIP6）能否正確模擬這些變化？這些問題亟待解答。

該研究通過分析海洋0-2000米的觀測數(shù)據(jù)，揭示了過去半個世紀(jì)中（1965年以來）大西洋-太平洋鹽度差（APSC）的顯著加強(qiáng)趨勢，即大西洋鹽度總體上升、太平洋鹽度普遍下降（圖1）。而且，這種趨勢還呈現(xiàn)出明顯的經(jīng)向結(jié)構(gòu)，在南北半球的副熱帶均較為突出，其中北緯20-40度之間的APSC加強(qiáng)了5.9% 0.6%。APSC的加強(qiáng)具有廣泛的影響，特別是加劇了太平洋的海平面上升、海洋層化、次表層海水缺氧和酸化等趨勢。

圖1. 基于觀測數(shù)據(jù)的1965年以來0-2000米海洋平均鹽度變化（單位：psu）

以往對鹽度變化的研究普遍強(qiáng)調(diào)表面淡水通量（即降水和蒸發(fā)）的控制作用，并將海洋鹽度視為全球淡水循環(huán)變化的指示物。本研究通過熱力學(xué)模態(tài)分解（即分離“起伏”模態(tài)和“澀變”模態(tài)）和LICOM3模式敏感性試驗(yàn)，檢驗(yàn)了各種物理過程對鹽度長期變化的貢獻(xiàn)。結(jié)果顯示，除了降水和蒸發(fā)之外，風(fēng)場和海洋增暖也對大尺度鹽度變化趨勢具有重要作用。其中，風(fēng)場的長期變化導(dǎo)致風(fēng)生海洋環(huán)流變異，海洋表層變暖則導(dǎo)致水團(tuán)的形成源地向高緯度遷移，這些過程顯著改變了鹽分在海洋中的空間分布，即“鹽度再分配”作用，從而在APSC加強(qiáng)趨勢及其經(jīng)向結(jié)構(gòu)的形成中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。上述過程在大西洋和太平洋均有發(fā)生，但由于兩大洋氣候態(tài)鹽度分布（如水平和垂向鹽度梯度）的差異，產(chǎn)生了截然不同的作用結(jié)果。當(dāng)前氣候模式（CMIP6）在鹽度變化的模擬中仍存在明顯偏差，普遍低估了大西洋鹽度的上升趨勢，這與模式對氣候態(tài)鹽度分布的模擬偏差有關(guān)（圖2）。大多數(shù)CMIP6模式模擬的大西洋表層鹽度偏低，中層鹽度偏高，因此嚴(yán)重低估了垂向鹽度梯度。這使得模式中海洋動力過程的鹽度再分配作用偏弱，因此低估了大西洋鹽度的升高趨勢。

圖2. CMIP6模式對海洋鹽度的模擬偏差

上述研究闡明了風(fēng)生海洋環(huán)流變異和海洋增暖導(dǎo)致的水團(tuán)變異對鹽度長期變化的重要作用，深刻揭示了氣候變暖背景下海洋次表層動力過程的復(fù)雜性。論文第一作者為海洋所博士研究生路穎，通訊作者為海洋所李元龍研究員和王凡研究員，合作作者包括中國科學(xué)院大氣物理研究所林鵬飛研究員、成里京研究員和劉海龍研究員、中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生戈凱和段靜副研究員。該研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)等機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目聯(lián)合資助。