工業革命以來，人類活動釋放出了大量溫室氣體。由于海水的密度和比熱容比空氣更大，是以全球變暖增加的能量90％以上都存儲在海洋中，使得海水變暖。同時，由于上層海水變暖更快，海洋垂向密度層化增強。在越來越暖的未來，海洋環流将如何變化是一個重要但還未被很好攻克的問題。過去的研究主要着眼于全球變暖下海面風速的改變對海洋環流的影響，對其他海表驅動力變化的影響關注甚少。
圖1 全球洋流示意圖
海表洋流發生了怎樣的變化?主要的驅動機制是什麼?美國加州大學聖疊戈分校Scripps研究所謝尚平團隊和中山大學海洋學院王東曉團隊對這一問題進行了系統性的分析。研究發現，全球變暖海表的增溫會在世界範圍内造成上層洋流的加速（圖2），且對上層洋流的變化起到了主導作用，而風應力的變化隻起到次要的作用。該研究表明，在副熱帶環流圈和赤道環流系統中，海水的吸熱會增強海洋密度的垂向層結，使得上層環流局限在更淺的層位，進而使得上層環流加速并伴随着下層環流減速的特征。
圖2 全球變暖背景下海表增溫導緻的全球大洋上層環流的變化。紅色箭頭表示洋流加速，藍色箭頭表示減速。填色代表上層比容高度的變化（Peng et al., 2022）
在南大洋區域，當位于深層的冷水沿等密度面翻到南大洋海表後，由于全球大氣的不斷增暖，這來自千年前的冷水接觸到大氣将會有效吸熱。“熱面孔貼着冷屁股。”論文的通訊作者謝尚平教授如是說。由于Ekman流，海水吸熱并向北運動，沿等密度面鑽入中層，是以吸熱的最大值區，位于南極繞極流（ACC）的北側（圖3）。同時，在熱儲存最大值區和南極大陸之間将存在一個東向的地轉流異常，進而加速南極繞極流，證明了最新的海洋及衛星觀測的結果。
圖3 南大洋對4K海表增暖的響應（Peng et al., 2022）
4月20日，美國加州大學聖疊戈分校Scripps研究所謝尚平團隊和中山大學海洋學院王東曉團隊在國際頂級期刊Science Advances發表名為Surface warming–induced global acceleration of upper ocean currents的研究，揭示了海面增暖效應對全球性上層洋流加速的重要作用。論文的第一作者為彭啟華博士，謝尚平教授和王東曉教授為文章的共同通訊作者。
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