工业革命以来，人类活动释放出了大量温室气体。由于海水的密度和比热容比空气更大，因此全球变暖增加的能量90％以上都存储在海洋中，使得海水变暖。同时，由于上层海水变暖更快，海洋垂向密度层化增强。在越来越暖的未来，海洋环流将如何变化是一个重要但还未被很好攻克的问题。过去的研究主要着眼于全球变暖下海面风速的改变对海洋环流的影响，对其他海表驱动力变化的影响关注甚少。
图1 全球洋流示意图
海表洋流发生了怎样的变化?主要的驱动机制是什么?美国加州大学圣迭戈分校Scripps研究所谢尚平团队和中山大学海洋学院王东晓团队对这一问题进行了系统性的分析。研究发现，全球变暖海表的增温会在世界范围内造成上层洋流的加速（图2），且对上层洋流的变化起到了主导作用，而风应力的变化只起到次要的作用。该研究表明，在副热带环流圈和赤道环流系统中，海水的吸热会增强海洋密度的垂向层结，使得上层环流局限在更浅的层位，进而使得上层环流加速并伴随着下层环流减速的特征。
图2 全球变暖背景下海表增温导致的全球大洋上层环流的变化。红色箭头表示洋流加速，蓝色箭头表示减速。填色代表上层比容高度的变化（Peng et al., 2022）
在南大洋区域，当位于深层的冷水沿等密度面翻到南大洋海表后，由于全球大气的不断增暖，这来自千年前的冷水接触到大气将会有效吸热。“热面孔贴着冷屁股。”论文的通讯作者谢尚平教授如是说。由于Ekman流，海水吸热并向北运动，沿等密度面钻入中层，因此吸热的最大值区，位于南极绕极流（ACC）的北侧（图3）。同时，在热储存最大值区和南极大陆之间将存在一个东向的地转流异常，从而加速南极绕极流，证实了最新的海洋及卫星观测的结果。
图3 南大洋对4K海表增暖的响应（Peng et al., 2022）
4月20日，美国加州大学圣迭戈分校Scripps研究所谢尚平团队和中山大学海洋学院王东晓团队在国际顶级期刊Science Advances发表名为Surface warming–induced global acceleration of upper ocean currents的研究，揭示了海面增暖效应对全球性上层洋流加速的重要作用。论文的第一作者为彭启华博士，谢尚平教授和王东晓教授为文章的共同通讯作者。
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