近日，中國科學院海洋研究所王凡團隊聯合中國科學院大氣物理研究所研究團隊在《自然-氣候變化》期刊（Nature Climate Change，最新影響因子29.6）發表了題為“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中葉以來大西洋-太平洋鹽度差異（APSC）的加強趨勢及其空間結構，闡明了風生海洋環流變異和水團源地遷移對鹽度變化的重要作用，并指出當前氣候模式對鹽度變化模擬的普遍偏差及其成因，對改進氣候模式、提高氣候預測水平具有參考價值。

作為海水的基礎性質之一，海洋鹽度是決定海洋層結和環流結構的關鍵要素。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性質、環流結構、氣候狀態和生物地球化學循環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和反饋方式。在氣候變暖背景下，海洋鹽度也發生著深刻變化，大西洋與太平洋的鹽度差異是加強還是減弱？會產生什么影響？當前氣候模式（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米的觀測數據，揭示了過去半個世紀中（1965年以來）大西洋-太平洋鹽度差（APSC）的顯著加強趨勢，即大西洋鹽度總體上升、太平洋鹽度普遍下降（圖1）。而且，這種趨勢還呈現出明顯的經向結構，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加強了5.9% 0.6%。APSC的加強具有廣泛的影響，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. 基于觀測數據的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調表面淡水通量（即降水和蒸發）的控制作用，并將海洋鹽度視為全球淡水循環變化的指示物。本研究通過熱力學模態分解（即分離“起伏”模態和“澀變”模態）和LICOM3模式敏感性試驗，檢驗了各種物理過程對鹽度長期變化的貢獻。結果顯示，除了降水和蒸發之外，風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，風場的長期變化導致風生海洋環流變異，海洋表層變暖則導致水團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加強趨勢及其經向結構的形成中發揮了關鍵作用。上述過程在大西洋和太平洋均有發生，但由于兩大洋氣候態鹽度分布（如水平和垂向鹽度梯度）的差異，產生了截然不同的作用結果。當前氣候模式（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，這與模式對氣候態鹽度分布的模擬偏差有關（圖2）。大多數CMIP6模式模擬的大西洋表層鹽度偏低，中層鹽度偏高，因此嚴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

上述研究闡明了風生海洋環流變異和海洋增暖導致的水團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研發專項、中國科學院戰略先導專項等機構和項目聯合資助。