海洋热浪持续变强，全球变暖在其中扮演者什么角色？
海洋热浪指的是海洋表层水温异常偏高的极端事件，通常持续数天至数月。过去百年观测结果，海洋热浪持续变强，是自然因素使然，还是认为因素导致？最近一项新的研究，首次从观测数据中量化了全球变暖对海洋热浪的具体影响，近半数事件可归因于人为气候变化。
过去百年海洋热浪的变化情况
如何界定海洋热浪，通常以海域的水温超过该季节正常水平的90%，异常高温持续至少5天就可以认为是一次海洋热浪。
为了探究过去一个世纪海洋全球海洋热浪如何变化，这些变化又是由什么原因导致的，研究团队分析了1925年至2016年的全球海洋温度数据，发现海洋热浪的发生频率、持续时间和总天数均显著增加。
在1925-1954年间，全球平均每年发生约2次海洋热浪，相对较少。但从1987-2016年数据显示，全球平均每年发生约3次海洋热浪，增幅达34%。在持续时间上，20世纪早期，一次典型的海洋热浪可能持续10天左右，但现在，一次典型的海洋热浪海洋热浪持续时间达到约12天，平均持续时间增加了1.8天。在频次和持续时间增加的基础上，每年总热浪天数也随之飙升，1925-1954年，全球海洋平均每年经历约26天的异常高温，但到了1987-2016年，升至40天，增加了14天。卫星数据显示，这一增加现象主要发生在1990年代后，也就是说，全球变暖与海洋热浪存在密切关系。
是什么导致了海洋热浪的增加呢？研究团队发现，80%以上的海洋热浪频率增加可以直接归因于海表温度的长期上升。如果海洋整体变暖，极端高温事件自然会变得更多。如果全球变暖持续，海洋热浪的频率和强度将进一步增加。气候模型预测，到2100年，海洋热浪的发生频率可能比工业化前高50倍，高强度热浪也会变的更加频繁。
图：全球海面温度和海洋热浪特性🔽
a 、d、g、j为 1982-2016 年平均值，b、e、h 、k为 1982-1998 年与 2000-2016 年之间的差异，c、f、i、l为1982-2016年全球平均年平均时间序列a – c海洋热浪 (MHW) 计数，d – f MHW 强度，g – i MHW 持续时间和j – l SST，取自 NOAA OI SST。在b、e、h和k中，阴影线表示变化在 5% 的水平上与零有显著差异。在c、f、i和l中，黑线表示全球平均时间序列，红线表示去除 ENSO 特征后的全球平均值。在c、f、i和l中，浅红色和蓝色阴影分别表示厄尔尼诺和拉尼娜时期，定义为连续至少三个月超过 MEI 指数 ±1 个标准差的时期
海洋热浪的驱动因素
海洋热浪到底是什么原因造成的呢？驱动海洋热浪主要物理过程又是什么呢？是海气热通量？垂直混合？为了研究这些问题，研究团队通过整合历史文献和卫星数据，试图揭示海洋热浪的驱动因素及其与气候的关系。
通过综合1950–2016共计84篇文献，再结合1982–2016卫星数据，研究发现，西边界流如湾流、黑潮区域的海洋热浪强度最高，最大异常达6.7°C；而赤道东太平洋海洋热浪持续最长，持续时间可达8个月。而气候调节也是重要的因素，不同海域的主要驱动因素不同。在热带海域，如赤道太平洋，厄尔尼诺是最主要因素，它通过减弱信风，使暖水向东堆积，导致长期升温；印度洋偶极子则是印度洋的热浪主要因素，例如，印度洋偶极子正相位，西印度洋海洋热浪增多。在中高纬度海域，北大西洋涛动负相位高压系统导致风力减弱，减少海洋散热，从而引发海洋热浪。
在局地驱动机制方面，在热带海域，厄尔尼诺通过减弱信风、抑制上升流和开尔文波传播引发海洋热浪；在中高纬度，海洋热浪主要由高压系统和风力变化驱动。
人类活动对海洋热浪的影响有多大
1981-2017年全球共发生超过3万次MHWs，其中300次规模最大的事件平均持续40天，覆盖面积达150万平方公里，峰值温度异常达5.0°C。为了区分自然因素和人为因素，2020年SCI一项研究首次系统地量化了人类活动对海洋热浪的影响，这项研究由瑞士伯尔尼大学的科学家团队完成，他们分析了1981年至2017年的全球海洋温度数据，并结合气候模型，分析了海洋热浪到底有多少是人类导致的。
这项研究使用了一个关键的指标——归因风险分数（FAR, Fraction of Attributable Risk），来量化人类活动对海洋热浪的影响。归因风险分数的计算方法是比较工业化前1850-1900年和当前气候条件下海洋热浪的发生概率。当 FAR > 0.5 时，事件现在发生的可能性至少是工业化前条件下的2倍。当 FAR > 0.8 时，事件发生的可能性至少是工业化前条件下的5倍。
通过分析影响面积至少达到100万平方公里的7次重大海洋热浪事件，其中6次的归因风险分数超过0.79，并且大多数热浪的置信区间都很窄。这些较高的归因风险分数值表明，由于人类活动引起的气候变化，类似高温海洋热浪事件的发生概率增加了20多倍。唯一的例外是南大洋，归因风险分数为-0.6，表明该区域极端高温事件只是自然变率造成的。
研究团队还利用气候模型预测了不同全球变暖情景下的海洋热浪频率，在全球升温1.5°C的条件下，海洋热浪的重现期都缩短至十年至数百年。在升温3°C的条件下，海洋热浪的的重现期都只有1至10年。
图：1981年至2017年海洋热浪特征🔽
（A、C和E）1981 年 9 月至 2017 年 12 月期间全球发生的 300 次最大热浪的持续时间（A）、峰值温度异常（C）和累积强度（E）。每个条形图代表一个时空热浪，它被定义为一个时空连续的区域，其中每个网格单元都表现出高于第 99.5 个百分位数的每日温度异常（材料和方法）。地图上与编号热浪相对应的条形图以红色标记。（B、D和F）地图显示了本研究中分析的七个突出的近期热浪的持续时间（B）、峰值温度异常（D）和累积强度（F）。
全球变暖对海洋热浪持续时间和强度的影响
虽然知道了全球变暖影响海洋热浪发生频率和强度，但是具体影响程度又是多少呢？由西班牙地中海高级研究所的研究团队，首次从观测数据中量化了全球变暖对海洋热浪的具体影响，研究发现，全球变暖导致海洋热浪持续时间增加三倍，强度上升1 ° C。
就像上文所说的，传统气候归因研究对比工业化前和现代气候的差异，但这项最新的研究，基于直接对观测数据，分解海表温度变率，然后剔除人为趋势，通过贝叶斯统计拟合参数生成“无全球变暖”的反事实海表温度，最后通过GFDL_ESM4气候模型进行验证合理性。
对收集的1940-2023年卫星、浮标和船舶观测的全球海温数据分析发现，1940-1960年，全球海洋平均每年经历15.3天的热浪，到了2018-2022年，这一数字升至48.8天/年，增幅超过3倍。西太平洋和印度洋的热浪天数增加最为显著，多达80天/年。
若不考虑全球变暖，2000-2020年间观测到的海洋热浪中，47%不会达到海洋热浪标准，也就是说，47%的海洋热浪事件由全球变暖直接导致。
那么，海洋热浪的强度增加多少呢？研究发现，全球海洋热浪的平均最大强度比1940年代升高了1°C，但增速并不是均匀的，其中0.85°C的升温发生在1981年后。
不同区域也有差异，在高纬度地区，水温相对低，吸热效率更高，受全球变暖影响更大，热浪强度增加，例如地中海、北海等区域强度增幅超1.5°C，但持续时间变化不大。而在赤道海域，热浪频率上升，但强度未显著增强，热带地区因海洋吸热能力饱和，主要受厄尔尼诺等自然变率影响，强度变化反而不显著。
图：三次海洋热浪事件中观测到的和反事实的海表温度🔽
左栏显示了观测到的 SST（红线）、反事实的 SST（蓝线）的时间演变以及它们的差异（黑线）和不确定性（阴影区域），针对东北太平洋、塔斯曼海和地中海的三次 MHW 事件，对右栏地图中的方框进行了平均。还显示了顶部和中间面板中的 SST 气候学，分别按照参考文献和中的定义，这两次事件分别是在这些文献中首次描述和分析的。右栏绘制了左栏面板中垂直红色阴影所示时间内观测到的和反事实的 SST 之间的差异。
❓思考题：根据研究，以下哪个区域的海洋热浪持续时间增加最显著？
A.北极海域
B.赤道西太平洋
C.南大洋
D.北太平洋中部
参考答案：（点击查看）
B.
解析：研究发现赤道西太平洋和印度洋的海洋热浪天数增加最多，达到80天/年，这些区域因水温本来就高，全球变暖使得热浪更容易达到极端标准。
全球海洋热浪的驱动因素是什么呢，人类活动对海洋影响程度如何呢，全球变暖对海洋热浪的的持续时间和强度影响又怎么样呢，现在应该有一个基础认知了。但是值得注意的是，全球变暖导致热浪热浪的重现期变短，当超过一定阈值，海洋热浪是否会成为常态呢？
参考文献：Global warming drives a threefold increase in persistence and 1 °C rise in intensity of marine heatwaves. April 14, 2025，122 (16) e2413505122，doi.org/10.1073/pnas.2413505122