海洋热浪和寒流对混合层深度的全球影响，新的研究见解

海洋热浪 (MHW) 和寒潮 (MCS) 是全球海洋中极端温度事件，对海洋生态系统、生物多样性和全球气候系统产生深远影响。这些事件越来越多地被视为气候变化的关键指标，了解它们的行为对于预测未来的海洋和大气状况至关重要。

这些现象发生和强度的一个关键因素是混合层深度 (MLD)，它描述了海洋表层的垂直范围，由于风力混合，温度和盐度是均匀的。MLD 的变化会影响海洋热交换、营养循环和海洋生态系统的生物生产力。

海洋热浪和寒流

海洋热浪 (MHW)是指持续数天至数月的长时间异常高温海洋温度。这些事件通常被定义为温度异常超过长期气候平均值的 90%，持续数天或数周。MHW 的强度和持续时间在全球范围内不断增加，并且与对海洋生态系统的各种有害影响有关，例如珊瑚白化、物种迁移和迁徙模式改变。

相反，海洋寒流 (MCS)指的是海洋温度异常低的长期现象。尽管研究较少，但 MCS 也可能产生重大的生态影响，包括扰乱海洋物种的繁殖周期、改变分布模式，以及可能扰乱海洋食物网。

MHW 的生态影响多种多样，而且往往是毁灭性的。高海洋温度会导致珊瑚白化、鱼类种群崩溃以及迁徙模式中断。珊瑚礁尤其对温度波动高度敏感，长期暴露在高温下会导致共生藻类的排出，这种现象会削弱珊瑚，使其更容易患病。

MHW 还会改变浮游生物的分布和丰度，而浮游生物是海洋食物网的基础。浮游生物可用性的变化会对更高营养级产生连锁效应，包括鱼类、海洋哺乳动物和海鸟。

虽然 MCS 的研究较少，但它们的生态后果也可能十分严重。这些寒流可能会扰乱海洋物种的繁殖周期，因为许多海洋生物依靠特定的温度范围产卵。此外，在长期 MCS 期间，冷水物种可能会迁移到较温暖的水域，从而导致海洋生物多样性发生变化。

在某些地区，MCS 期间 MLD 的加深会导致表面营养物质供应增加，从而促进浮游植物的大量繁殖。虽然这些繁殖可以提高初级生产力，但也会导致有害藻华 (HAB)，从而消耗氧气水平并在受影响区域造成死区。

混合层深度 (MLD) 在海洋动力学中的作用

MLD 是指海洋表层的深度，由于风作用、波浪运动和湍流，温度、盐度和其他特性在此层中充分混合。MLD 之下是分层水域，其中温度和盐度随深度变化较为缓慢。

混合层的深度对于了解海洋热通量、营养物分布和生物生产力至关重要。较浅的 MLD 意味着海洋表层对大气热通量的响应更灵敏，从而导致更大的温度异常。相反，较深的 MLD 意味着热量分布在更大的水体中，从而抑制表面极端温度。

MLD 的变化越来越多地与全球变暖和气候变化联系在一起。地表水变暖导致混合层变浅，这增加了海洋对大气条件的敏感性。相反，冷却事件或某些大气条件可能会加深混合层，从而允许从更深的水域吸收更多的热量。

MLD 与温度关系背后的机制

MHW 期间 MLD 变浅会形成一个正反馈循环：表面温度升高会导致 MLD 进一步变浅，进而导致更多热量积聚在表面，从而增强热浪强度。这种反馈机制在各个海洋区域都有观察到，特别是在海洋分层更为明显的亚热带和热带地区。

更深的 MLD 减少了寒潮期间的地表温度异常，因为更深的水层充当了散热器，从而减轻了寒潮的程度和持续时间。然而，更深的 MLD 也对营养循环有影响，因为更深的水通常富含营养，它们的向上混合可以促进生物生产力。

MLD 对 MHW 和 MCS 的响应在全球范围内并不统一。MLD 的变化主要受区域气候条件、洋流和当地大气因素的影响。

在热带和亚热带地区，MLD 自然较浅，MHW 往往会导致更极端、更快速的温度变化。在这些地区，热浪期间 MLD 变浅的情况更为明显，导致极端温度更频繁、更严重。另一方面，极地地区和亚极地海洋通常具有较深的 MLD，在 MHW 和 MCS 期间温度变化更为温和。然而，这些地区也容易受到变暖和变冷事件造成的破坏。

在印度洋，MLD 的变化与季节性季风引起的大气热通量变化密切相关。在 MHW 期间，印度洋北部的 MLD 往往较浅，而 MCS 会导致混合层加深。

在太平洋，MHW 和 MCS 都与厄尔尼诺-南方涛动 (ENSO) 存在复杂的相互作用，其中 MLD 变化受到该地区海洋-大气耦合动力学的严重影响。ENSO 事件和区域洋流的综合影响导致太平洋某些地区的 MHW 更加频繁和强烈，对海洋生物多样性和渔业产生深远影响。

新的研究发现

一项新的研究，将OISST V2.1数据与Argo剖面数据相结合，分析了MHW和MCS期间MLD的变化 他们研究了来自不同海洋区域的数据，并使用统计方法建立了MLD变化与MHW/MCS强度之间的相关性。

研究发现，在 MHW 事件期间，混合层深度 (MLD) 通常在全球范围内平均变浅 8.10%。这种变浅主要是由于表面水受热，增加了浮力并减少了垂直混合。因此，表面层保持分层，将热量困在上层海洋中。比之下，MCS 与全球 MLD 增加约 8.13% 有关。这些事件期间，海洋表面的冷却会导致上层变得更密集，从而导致混合层更深，上层海洋的温度分布更均匀。

MHW 强度与 MLD 变浅程度之间存在统计学上显著的强相关性。这种关系在 99% 的置信水平下得到了证实，这表明更强的海洋热浪更有可能导致混合层显著变浅。这一发现强调了海洋分层如何受到极端温度事件的影响。

MHW 和 MCS 对 MLD 的影响在世界海洋的不同区域存在显著差异。例如，由于太阳加热的强烈影响，热带和亚热带地区在 MHW 期间表现出更明显的变浅现象。相比之下，极地和温带地区在 MCS 期间经历更明显的加深现象，因为表面水变得更冷、更稠密。

在 MHW 和 MCS 期间，MLD 的变浅和加深在改变热量分布、营养循环和初级生产力方面发挥着关键作用。热浪期间较浅的 MLD 会减少垂直混合，可能会限制海洋生态系统的营养物质可用性。另一方面，寒流期间较深的 MLD 可导致营养物质上涌增强，可能会提高某些地区的生物生产力。

这项研究为海洋热浪和寒潮的动态提供了宝贵的见解，强调了它们对混合层深度的重大影响，并强调了它们在海洋热量分布和海洋生态系统中的重要性。

思考

区域和季节变化如何影响MHW/MCS与MLD变化之间的关系？

在MHW和MCS期间，不同的海洋物种和生态系统如何应对MLD 的变化？某些物种是否比其他物种更脆弱？

除了中尺度涡流之外，还有哪些其他海洋因素（例如洋流、盐度、风型）在极端热事件期间对调节MLD变化起着重要作用？

参考文献：Marine Heatwaves/Cold-Spells Associated With Mixed Layer Depth Variation Globally.  doi.org/10.1029/2024GL112325

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