IPCC评估报告系列解读海洋环流的长期变化和预估

　　俞永强
　　相比之前的评估报告，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第一工作组第六次评估报告《气候变化2021：自然科学基础》进一步确认了人类活动对海洋环流的影响，并基于最新的数值模式给出对未来变化的预估结果。该报告不仅丰富了对过去气候变化的认识，也加深了对气候变化归因分析和未来预估结果的理解，特别是在海洋环流方面有一些新发现。
　　海洋盐度变化
　　报告利用更新的观测资料发现，海洋各区域表层盐度梯度在增加。在全球尺度上，从1950年到2019年高盐度和低盐度区域的近表层平均盐度对比增加了0。14PSU（实际盐度单位）。在海盆尺度上，太平洋和南大洋的盐度降低，而大西洋的盐度升高。
　　该报告指出，海洋盐度的预估结果显示，在21世纪淡的海洋区域将变得更淡，而咸的区域将变得更咸。其机制是在太平洋、印度洋和南大洋，尤其是北冰洋和南大洋上层，高纬度的淡水潜沉进通风产生的水团，同时更咸的副热带和地中海表层水导致更咸的密度跃层和北大西洋模态水。
　　海洋层结变化
　　海水的垂直密度层结可以用表层与深层的密度差来表示。中国科学院大气物理研究所模拟的历史温度和盐度数据显示，19602018年层结增加率大约在每10年（1。20。1），日本Ishii资料的结果为每10年（1。20。4），英国气象局EN4的结果为每10年（0。70。5），欧洲中期天气预报中心ORAS4的结果为每10年（0。90。5），美国国家海洋和大气管理局（NOAA）国家环境信息中心的结果为每10年（1。20。3）。
　　该报告分析了之前评估报告没有涉及的海洋混合层深度。新的证据显示，夏季混合层深度在全球尺度上一致加深，19702018年增加的速度为每10年（2。90。5），且观测到的混合层深度加深最显著的地方在南大洋，其他区域大致每10年加深3米至15米左右。预估在增强的辐射强迫下，到21世纪末混合层深度在夏季和冬季均将变浅，北冰洋将表现出混合层的变深，这是由北极海冰撤退导致的。
　　海洋热浪
　　海洋热浪指的是相对于长期平均季节循环的极端高温事件。它会对海洋生态系统造成严重和持久的影响，这种影响包括海洋底栖生物的大量死亡（包括珊瑚白化）、浮游植物藻华的变化、物种组成和地理分布上的变迁、有毒有害藻华的暴发，以及海洋渔业和海水养殖业的衰退。与天气中的大气热浪不同，海洋热浪能够绵延数百万平方公里，持续数星期到数月，并且能够发生在海洋次表层。
　　该报告将未来的海洋热浪定义为参照历史气候情形的变化。预估结果认为，在低排放情景下，20812100年海洋热浪的发生频次是19952014年的4倍；在高排放情景下，20812100年海洋热浪的发生频次是19952014年的8倍。海洋热浪在中纬度地区的发生频次中等强度增加，在南大洋的发生频次只有小幅增加。虽然预估结果显示在高排放情景下，持久的海洋热浪（每年大于360天）将会发生在热带海洋的部分区域、北冰洋和南纬45附近，但是这种持久的海洋热浪在低排放情景下大部分可避免发生。
　　高分辨率模式结果
　　该报告新增了高分辨率模式比较计划，即HighResMIP试验的结果。在模式中某些长期存在的海洋模拟偏差已经通过提高模式分辨率和改进参数化方案得到修正。例如，高分辨率HighResMIP集合平均结果显示，海表温度（SST）在北大西洋和热带太平洋具有更小的冷偏差，同时在非洲、北美和南美西海岸的上升流区域具有更小的暖偏差。墨西哥湾流、黑潮和南极绕流等重要海流的位置偏差在高分辨率海洋模式中得到了改进，高分辨率耦合模式减少了平均大气海洋通量偏差。
　　对于时间尺度小于1年的海面高度变化，中尺度涡旋和潮汐均具有重要贡献，只有高分辨率模式才能模拟出它们。因此，只有高分辨率海洋模式在较短时间尺度上才能与卫星测高观测数据在统计对比上达成一致。
　　东边界上升流
　　在大洋的东边界，受信风驱动影响，沿岸底层寒冷的、低pH低氧的海水垂直向上运动，形成东边界四大上升流系统（EBUS）。沿岸上升流对于海洋生物食物链营养物质的提供有关键作用，并决定着EBUS的丰富度和生产力。该报告着重评估了19822010年间的情形，认为只有加利福尼亚洋流经历了大范围的有利于上升流形成的风增强。对于本格拉洋流、加那利洋流和洪堡流而言，风场变化趋势并不清晰。
　　在增强的辐射强迫下，EBUS的风会以偶极子的形态变化，在低纬度地区EBUS的风减弱（振幅变弱、时间变短），而在高纬度地区EBUS的风增强（振幅变强、时间变长）。在所有排放情景下，EBUS的上升流风变化将会在21世纪继续保持温和的节奏，即保持在当前值1020范围内。
　　大西洋经向翻转环流
　　预估结果认为，在所有温室气体排放情景下，自20世纪90年代以来减弱的大西洋经向翻转环流（AMOC）将会继续减弱直到2060年。在2060年之后，低排放情景显示AMOC将会稳定，而高排放情景显示AMOC将持续减弱。预估结果显示，在低排放情景下，到2100年AMOC将减弱24（446），在高排放情景下AMOC将减弱39（1755）。另外，格陵兰冰盖融化形成的淡水会进一步促进AMOC在21世纪减弱。
　　报告指出，所有模式模拟结果均未显示AMOC会在21世纪停止，但模式忽略了格陵兰冰盖的融水释放，同时最新的研究表明即使淡水强迫的小幅度变化也可能导致AMOC停止。因此，该报告改变了之前评估报告中非常不可能的结论，认为AMOC在2100年前不会突然停止的结论为中信度。（作者系中国科学院大气物理研究所研究员）