近日，中國科學院海洋研究所王凡團隊在《自然-通訊》期刊（Nature Communications）發表了題為“Emergence of the North Pacific heat storage pattern delayed by decadal wind-driven redistribution”的研究論文。該研究揭示了太平洋年代際振蕩（Pacific Decadal Oscillation,PDO）對北太平洋熱量存儲格局的主導作用，闡明了風生經向熱量再分配過程在熱存儲中的重要地位，并指出當前氣候模式對熱存儲模擬的差異成因，為提升北太平洋及邊緣海的氣候預測水平提供了理論依據。
溫室氣體排放導致的地球系統能量增加中有90%以上被海洋吸收，但海洋熱量存儲在地理上并不均勻，對區域氣候和人類社會產生了廣泛影響。第六次國際氣候模式比較計劃CMIP6表明中緯度北太平洋的熱量存儲顯著增加，熱帶西北太平洋的儲熱變化最弱（圖1a）。然而，觀測到的北太平洋熱存儲格局更加復雜，與CMIP6集合平均呈現明顯差異（圖1），在熱帶西北太平洋具有最強變暖，在中緯度北太平洋變暖有限甚至變冷。由于CMIP6集合平均主要表示外強迫變化，北太平洋熱存儲格局的模擬-觀測差異可能源于模式對外強迫驅動的熱存儲存在系統模擬偏差，或者源于自然變率主導觀測的熱存儲格局。
基于觀測數據集、HYCOM海洋模式試驗和CMIP6多模式模擬，該研究揭示了自然變率PDO對20世紀中期以來北太平洋熱存儲格局的主導作用，并證實了熱存儲的模擬-觀測差異很大程度上由PDO解釋。近幾十年的PDO位相轉換改變了北太平洋風場的長期變化，進而通過海洋羅斯貝波和調整西邊界流黑潮延伸體系統變化驅動了海盆尺度的熱量再分配，有效消除了中緯度北太平洋的變暖，并助長了熱帶西北太平洋的熱量積累（圖2）。這些過程造成的區域變暖/變冷結構掩蓋了人類活動引起的熱存儲格局，導致觀測中的熱存儲格局比氣候模式更為復雜。進一步，根據氣候模式預測的人為儲熱信號的出現時間（Time of Emergence,ToE），北太平洋熱存儲預計將持續受自然變率影響直到21世紀后期，盡管邊緣海域（如北美西海岸、白令海和鄂霍茨克海）的人為加劇變暖信號已經出現。這意味著未來幾十年北太平洋的熱存儲格局將在PDO的影響下發生變化，但可能仍與氣候模式預測的不同，凸顯了對PDO進行準確初始化預測的迫切需求。
圖1?1958年以來0-2000米熱含量趨勢（單位：W m-2）
圖2?太平洋年代際振蕩PDO主導北太平洋熱量存儲格局的機制示意圖
上述研究強調了自然變率對北太平洋熱存儲格局的主導作用，調和了氣候模式與觀測資料之間在熱量存儲格局上的顯著差異，為提高氣候預測水平提供了科學依據。論文第一作者為中國科學院海洋研究所段靜副研究員，通訊作者為李元龍研究員，合作作者包括中國科學院海洋研究所王凡研究員、呂宜龍助理研究員、中國海洋大學荊釗教授。該研究獲得了嶗山實驗室、國家自然科學基金項目、中國科學院戰略先導專項等聯合資助。
