2023年全深度海洋热含量创新高，在不同深度层如何变化呢？

2023年地球经历了有记录以来最热的一年，海洋吸收了90%的额外热量，自1960年以来，海洋累计吸收了464±55ZJ（1ZJ=10²¹焦耳）热量，其中仅2023年一年就比2022年多吸收了16±10ZJ。海洋吸收的热量在不同深度层如何变化呢？

如何测量海洋热含量

海洋热含量（Ocean Heat Content, OHC）是指海洋中储存的热能总量。由于水的比热容很大，海洋可以吸收大量热量而不至于温度剧烈上升，这使得它成为地球气候系统中最重要的热量缓冲区域。

相对大气而言，海洋吸收热量温度变化更稳定，能更准确地反映长期气候趋势。同时，海洋储存的热量会影响飓风、热浪和降雨等，更暖的海水会增强热带风暴的强度。此外，水温升高会导致海水热膨胀，直接抬高海平面。

海洋吸收了地球90%的多余热量，那么，如何测量海洋的热量变化呢？早期的海洋温度测量依赖船舶投放的机械温度计等设备，但数据稀疏且误差较大，到了20世纪70年代，虽然XBT温度探头开始普及，但仍存在深度测量偏差。真正的突破是Argo浮标的投放，2005年起约3900个Argo浮标自动在全球海洋中漂流，每天测量0-2000米的水温和盐度，通过卫星实时传回，构成了现代全球海洋监测的核心。

有了数据之后，海洋变暖有多快呢？数据显示1958-2019年，全球上层2000米海洋吸收了351±59.8 ZJ的热量，1960年代海洋每年吸收约3.8 ZJ热量，而2010年代已增至10 ZJ/年，变暖速度在加速。区域上，大西洋和南大洋变暖更为显著。

虽然大部分热量集中在海洋上层，但2000米以下的深海也在缓慢升温，1991-2019年，深海增热约26 ZJ，相当于每年增加0.43 ZJ。

未来海洋会怎么样？变得更热吗？研究利用CMIP6气候模型预测，到2100年，如果继续高排放，按照SSP5-8.5预测，上层2000米海洋将额外吸收1874 ZJ热量，是过去60年变暖量的4-6倍，大西洋和南大洋仍将是变暖最显著的地区。即使按照SSP1-2.6预测，海洋增热量可控制在1030 ZJ左右，但仍比现在高约2-4倍。

图：海洋变暖在气候系统中的作用🔽

a |海洋变暖与地球系统物理和生物地球化学过程之间的主要过程和反馈回路 (F x )。地球系统各组成部分之间的交集表示循环和/或系统耦合。b |海洋变暖与地球系统中多种观测到的变化之间的关联示意图。橙色向上箭头表示特定过程的全球增加，绿色向下箭头表示全球减少。海洋变暖是地球系统的关键组成部分，连接着关键的气候周期，并驱动着地球系统过程和组成部分的变化。

2023年海洋热含量的变化

基于1960-2023长期观测数据，自1960年以来，海洋累计吸收了464±55ZJ热量，1960~2023年，海洋吸热速度平均为0.16±0.02 W/m²/十年，2005~2023年，海洋吸热速度提高到0.35±0.06 W/m²/十年。也就是说，最近20年海洋变暖的速度比过去60年平均快了一倍多。

自2017年以来，海洋热含量的记录每年都被打破，例如，2020年比2019年同比增加10 ± 6 ZJ，2021年比2020年同比增加19 ± 6 ZJ，2022年比2021年同比增加18 ± 8 ZJ，2023年比2022年同比增加16 ± 10 ZJ。

研究团队通过整合这些数据，计算了1960-2023年全球海洋热含量的变化趋势，并分析了不同深度层和海洋盆地的贡献。

研究将深度0-300米（表层）、300-700米（中层）、700-2000米（深层）和2000米以下（深渊）共计4个层次，计算了每一层的吸热情况。研究发现，表层吸收了40%的热量185.0±2.9 ZJ，升温最快；中层吸收了24%的热量110.6±39.7 ZJ；深层吸收了28%的热量131.2±32.8 ZJ；深渊区域吸收了8%热量37.4±0.5 ZJ，升温最慢。

为什么表层升温更快而深层慢？因为太阳辐射和大气热量首先被海洋表层吸收，而深海的热量主要靠洋流输送，过程更慢。

全球各大洋的变暖速度并不一致，差异巨大。大西洋变暖最快，0-2000米层每年吸收2.25±0.11 ZJ热量，南大洋紧随其后，排名第二，每年吸收2.04±0.12 ZJ热量，最慢的是印度洋，每年吸收0.65±0.08 ZJ/年。

2023年为什么这么热？厄尔尼诺是重要因素，厄尔尼诺作为一种热带太平洋的周期性气候现象，会导致海洋表层热量重新分配。2023年，厄尔尼诺导致热量从海洋中层向表层移动，导致中层减少了12.8 ZJ，而表层增加了29.0 ZJ，这解释了为什么2023年全球海表温度异常高，而深层增温略有减缓。也反应了人类活动导致的全球变暖放大了它的影响。

海洋变暖的还会造成连锁反应，如海平面、极端天气等。海洋变暖会导致水体热膨胀，贡献了约40%的海平面上升。从1993年到2023年，全球海平面平均每年上升3.4毫米，其中约1.3毫米来自海洋升温。

此外，温暖的海洋为热带气旋提供更多能量，研究显示，全球热带气旋的强度在过去40年里增加了约5%，而未来可能进一步增强。

图：1960年至2023年海洋热含量及其速率🔽

a 、相对于 1958–1962 年基线，观测的全深度海洋热含量时间序列。蓝色阴影表示不同深度层的 OHC 变化；上层 2000 米的 OHC 来自参考文献，2000米以下的 OHC 改编自参考文献（1992 年后线性增加 1.17±0.51 ZJ/年，假设 1991 年之前的加热率为零）。灰色虚线表示 OHC 估计值的 90% 置信区间 (CI)，通过将上层3 个深度层和下层7 个深度层的不确定性估计值相加计算得出。右侧的条形图显示了 1960–2023 年海洋盆地和 2000 米以下层的总热积累。插图显示自 2019 年 1 月以来的每月 OHC，红线表示年平均值。b、全深度现场数据、全深度多现场数据7、10、大地测量估计值、大气顶部卫星观测（云和地球辐射能量系统，CERES）和各种 CMIP6 多模型中值 6 的运行15年 OHC 加热率（实线）和不确定性（阴影） 。对于观测数据集，不确定性由每个 15 年滑动窗口中线性加权最小二乘回归的 1.65 个标准差表示。对于 CMIP6，显示 17–83% 的模型扩展以量化基于参考文献 1 中列出的 24 个模型的模型不确定性。 x轴在 2023 年后按比例缩放。各种证据表明，海洋变暖在 2023 年达到了观测到的最高水平，延续了模型显示的未来持续加速的趋势，如果不大幅减少排放。

❓思考题：2023年，海洋吸收的热量比2022年多多少？

A.5±3 ZJ
B.10±6 ZJ
C.16±10 ZJ
D.25±15 ZJ

参考文献：Ocean heat content in 2023. Lijing Cheng, Karina von Schuckmann, Audrey Minière, Maria Z. Hakuba, Sarah Purkey, Gavin A. Schmidt & Yuying Pan ，Nature Reviews Earth & Environment volume 5, pages232–234 (2024)，doi.s43017-024-00539-9