近日，南方科技大学环境科学与工程学院曾振中教授团队与合作者在国际学术顶级期刊 Science 发表题为“2023年破纪录海洋热浪（Record-breaking 2023 marine heatwaves）”的最新研究成果，系统揭示了2023年席卷全球的极端海洋热浪的分布特征、演变规律及其关键的物理驱动机制。

该研究构建了全球首个基于高分辨率海洋再分析数据的混合层热收支诊断框架，结合卫星观测资料，定量刻画了2023年全球海洋热浪在强度、持续时间和空间覆盖上的空前特征，厘清了其在多个关键海域的主要驱动过程。研究结果表明，2023年多区域海洋热浪事件同期爆发，反映出气候系统正经历显著且复杂的变化过程，研究进一步揭示了全球不同区域海洋热浪形成机制的显著差异性，为理解和预测未来极端海洋事件提供了关键科学依据。发展地球系统科学对于揭示此类复杂气候现象的内在机制、提升全球气候预测能力以及制定科学的应对策略至关重要，它通过整合大气、海洋、陆地和生物圈等多圈层数据，为应对全球变暖和极端气候事件提供了坚实的科学基础。

2023年被世界气象组织（WMO）认定为“有记录以来最暖的一年”，全球海表温度（SST）和海洋热含量（OHC）均创历史新高。欧洲中期天气预报中心（ECMWF）和英国气象局指出，2023年6月北大西洋海温较常年偏高1.3 ℃。

图1 2023年海洋热浪总活动强度创纪录，多个关键海域远超百年一遇极端水平

全球海洋异常升温背景下，极端海洋热浪成为气候研究的焦点，其形成机制及潜在影响受到国际社会的高度关注。研究团队发现，2023年全球海洋热浪活动总量达5.36×10¹⁰ ℃ days km²，超过气候态均值的三倍标准差，创下有记录以来最极端年度水平。其中，北大西洋和西南太平洋分别发生了276年一遇和141年一遇的极端事件，其强度和持续时间远超历史同期。2023年全球平均海洋热浪的持续时间为120天，最长可达525天，平均强度达到1.3℃，发生海洋热浪的覆盖面积超过96%，远高于过去40年的平均水平。

为深入揭示2023年海洋热浪形成的物理机制，研究团队利用ECCO2高分辨率日尺度海洋深层的数据资料，开展混合层热收支分析，量化了短波辐射、混合层变化、海洋平流和上升流等热力-动力过程在不同海域的相对贡献：

图2 2023年海洋热浪驱动机制示意图

北大西洋：异常减弱的副热带高压导致云量减少、混合层变浅，增强的短波辐射和纬向平流为海洋热浪的持续发展提供了能量支撑；

西南太平洋：该地区大气反气旋导致东风增强、西风减弱，进而增强了海洋的经向输送；同时，云量减少使得更多太阳辐射进入海洋，加剧海表变暖；

北太平洋：短波辐射增强与潜热损失减少共同作用，叠加变浅的混合层，致使海面迅速变暖；

热带东太平洋：厄尔尼诺驱动的经向、纬向平流及上升流的变化共同加剧了该区域的海洋增暖。

研究团队提出，全球变暖正加剧海洋–大气系统的耦合非线性过程，海洋热浪或已成为地球气候系统临界转变的重要“预警信号”。2023年海洋热浪在覆盖范围、强度和持续时间上均创历史新高，可能对极端天气事件的频率与强度、海洋碳汇能力、渔业资源分布以及珊瑚礁生态系统造成深远影响。地球系统科学的深入发展能够帮助人们更好地理解这些非线性过程的相互作用，为全球气候治理、海洋生态保护和可持续渔业管理提供科学依据，从而有效应对气候变化带来的广泛挑战。未来，构建基于物理机制的预报系统、强化海洋多要素实时监测，以及深入开展极端气候事件的预警研究，对于应对未来气候风险具有重要的现实意义。

宁波东方理工大学与南方科技大学联合指导博士后董天云为论文第一作者，曾振中为论文通讯作者，南方科技大学为论文通讯单位。论文合作者包括宁波东方理工大学张东晓院士、清华大学陈德亮院士、加利福尼亚大学圣迭戈分校教授潘铭、宁波东方理工大学助理教授陈云天、法国巴黎索邦大学教授李肇新、中国科学院大气物理研究所研究员周天军、南京信息工程大学研究员赵冬至、泰国农业大学教授Alan D. Ziegler、宁波数字孪生（东方理工）研究院副研究员罗舒心、美国劳伦斯伯克利国家实验室博士后杨帅、南方科技大学研究助理教授王大山和研究生梁莉莉、金宇斌、梁时婧、黄晓雯。

该研究获得深圳市可持续发展科技专项创新项目、广东省基础与应用基础研究基金、国家自然科学基金国际合作与交流项目、国家自然科学基金面上项目、中国气象局气候变化专项等项目的联合资助。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr0910

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：周亦潆

主图：丘妍

编辑：曾昱雯