与其他大洋不同，位于南极周围的南大洋是连通的。在“咆哮的西风带”驱动下，南大洋是全球海洋中最为波涛汹涌的海区。然而，我们对南大洋的了解还远远不够。目前，最先进的气候模式普遍存在“模式过热问题”，这给近期气候预报和未来气候预估带来很大不确定性。气候学界认为气候模式模拟的南大洋过度增暖可能导致了“模式过热”。因此，改进对南大洋海温变率的理解和认识，可以有效提高气候平衡敏感度和瞬时气候响应预估的精度，为减少未来的CMIP7的模式偏差提供重要的科学参考。
近日，姚帅磊博士、复旦大学大气与海洋科学系周文教授和浙江大学地球科学学院吴仁广教授合作，在国际学术期刊《NPJ Climate and Atmospheric Science》和《Environmenatal Research Letters》发文揭示了南大洋海温年代际—多年代际变率产生和维持的机制。
图1：南大洋海温年代际变率指数（a）和空间分布（b）。
南大洋海温存在显著的年代际变率，且几乎与年代际太平洋振荡（IPO）同步（图1），这表明IPO可以解释南大洋海温年代际变率的50%左右。若IPO处于冷位相，热带太平洋的冷海温异常可以激发跨半球的罗斯贝波列，引起向南极移动的西风增强，使得埃克曼流向北输送冷水，从而导致南大洋出现大范围海温冷却（图2第1列）。研究进一步发现，大西洋多年代际变率（AMV）和IPO存在“补偿效应”，导致大西洋对南大洋海温年代际变率的贡献较弱（图2第2列）。
“当IPO和AMV处于同位相时，南大洋海温年代际变率较强；相反，二者处于反位相时，南大洋海温年代际变率较弱。自2015年开始，年代际太平洋振荡已处于暖位相，而大西洋多年代际变率一直处于暖位相，未来20-30年，南大洋海温年代际变率可能较弱”。周文教授提到。
图2：南大洋海温年代际—多年代际变率产生和维持示意图。第1列年代际太平洋振荡冷位相海温异常产生较强的跨半球罗斯贝波和Ekman向北输送冷水，第2列为大西洋多年代际变率产生较弱的跨半球罗斯贝波和Ekman向北输送冷水。第4列为北大西洋增暖触发南大洋地区产生短波辐射—低云—海温正反馈。
此外，在多年代际尺度上（30年或更长），北大西洋异常增暖也会激发跨半球的罗斯贝波传至南半球高纬度地区，引起阿蒙森海低压加强，通过短波辐射-低云-海温正反馈，维持了南大洋高纬度东南太平洋区域海温的偏冷。
姚帅磊博士指出：“在年代际-多年代际尺度上，埃克曼传输和短波辐射-低云-海温正反馈是南大洋海温变率形成和维持的关键机制。在气候模式中，采用动力方法约束热带太平洋和大西洋海温，或约束南大洋区域的短波辐射，可以有效减少耦合气候模式偏差，从而提高气候平衡敏感度的预估精度。”
“我们的研究采用起搏器试验，证实了热带太平洋和大西洋对南大洋海温变率的补偿作用，而不是以前研究认为的协同作用”。周文教授补充道。
本研究成果获得国家自然科学基金（NSFC42192563 and 42120104001）的资助和中国极地研究中心极地冰雪与气候变化研究所的大力支持。
论文信息：
Shuai-Lei Yao*, Renguang Wu*, Jing-Jia Luo, Wen Zhou, 2024: Competing impacts of tropical Pacific and Atlantic on Southern Ocean inter-decadal variability. npj Clim Atmos Sci 7, 104 (2024). https://doi.org/10.1038/s41612-024-00662-w
Shuai-Lei Yao, Renguang Wu*, Pengfei Wang, Shangfeng Chen, 2024: Rapid high-latitude cooling in the southeastern Pacific sector driven by North Atlantic warming during 1979-2013. Environmental Research Letters, DOI 10.1088/1748-9326/ad4b45
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