未来南大洋究竟能吸收多少由温室气体带来的热量？| Science Bulletin

中高纬南大洋（30°S以南）盛行强劲的西风，能在整个环南大洋海域引发上升流并将海表面以下2~3 km的海水输运到海表面。该涌升的海水可追溯到几百年前北大西洋海水的下沉，这些冷和咸的海水在几百年后首次接触大气，可从大气中吸收大量的热和碳，并在平均环流的作用下向北输运、下沉（45°S附近），最终将热量和碳存储在海洋内部。南大洋吸热的多少对于南极海冰、冰盖和冰架的融化（图1）、气候系统的热量平衡、南北半球的降水分配以及全球海平面上升等有重要影响。那么未来南大洋的吸热水平究竟如何？中国海洋大学蔡文炬等人通过总结最新研究进展、分析全球最新一代气候模式集合输出（CMIP6）得出了结论：不确定，且该不确定性将长期持续。

图1. 实地拍摄到的南极冰架破碎情况（该图片由Jingwei Zhang在2023年1月9日拍摄于Pleneau Island）

CMIP6多模式在同样的温室气体排放场景下对南大洋吸热的预估存在显著差异，吸热最多和最少的结果之间可相差2倍。该差异性不仅仅由各模式自身的气候敏感性引起，也与模式在南大洋平均环流未来变化上的模拟差异密切相关。比如全球变暖将导致南大洋的西风极向加强，但不同模式模拟的西风变化幅度区别明显。西风加强后可以引起海洋上升流强度和分布的变化，后者作用于南极冰盖和冰架的融化，融化后的淡水改变了海洋的垂向层结，反过来又能影响南大洋对热量和碳的吸收。类似这样复杂的相互作用还有很多，但我们对其中很多的物理过程和机理知之甚少，更不用说在模式中进行准确表达，这是造成南大洋吸热不确定性的重要因素。

此外，全球变暖背景下热带海区背景场或气候模态的变化可通过遥相关过程影响到南大洋增暖并带来不确定性，比如地球气候系统最强的年际变异模态—厄尔尼诺。厄尔尼诺较为熟知的是能引起西太平洋周边国家的干旱以及东太平洋周边国家的洪涝，但其实厄尔尼诺也可以减弱南大洋的西风，并造成南极陆架海域的增暖以及海冰、冰盖和冰架的融化。全球变暖背景下厄尔尼诺振幅的变化有着很大差异，出人意料的是，该差异对未来南大洋吸热的不确定性也有显著影响。类似这样的新发现也使人们愈发意识到，预测南大洋吸热和增暖是气候科学中最复杂的问题之一。

总之，想要明晰全球变暖背景下南大洋的吸热和增暖水平，需要在模式中准确地模拟海冰、冰盖及冰架与增暖的相互作用、环流变化与碳循环的相互作用、热带-极地相互作用等多种物理过程，而当前理解这些科学问题本身就存在很大挑战，因此南大洋未来吸热的不确定性在很长时间内仍会持续；下一步需要国际社会在高时空分辨率观测、模拟以及机理认知上共同努力以取得该方向实质性的进展。