《自然通讯》杂志：科学家在海底发现热浪 _科学

该图像描绘了卫星捕捉到的包括大陆架在内的西大西洋海盆的测深特征。Credit: NOAA's National Environmental Satellite and Information Service
据美国物理学家组织网（by NCAR & UCAR）：2013-2016年的海洋热浪被称为“The Blob ”,使东北太平洋的大片表层海水变暖，扰乱了西海岸的海洋生态系统，抑制了鲑鱼的回归，并破坏了商业渔业。这也引发了对海洋表层海水极端变暖的研究热潮。
但是，正如NOAA的新研究显示，海洋热浪也发生在水下深处。
在《自然通讯》杂志上发表的一篇论文中，由NOAA研究人员领导的一个小组使用了观察和计算机模型的组合，对北美周围多产大陆架水域的底部海洋热浪进行了首次广泛评估。
“十多年来，研究人员一直在研究海洋表面的海洋热浪，”首席作者迪伦·阿马亚说，他是NOAA物理科学实验室的研究科学家。“这是我们第一次能够真正潜入更深的地方，评估这些极端事件是如何在浅海底发生的。”
海洋热浪严重影响全球海洋生态系统的健康，扰乱小到浮游生物、大到鲸鱼的生物的生产力和分布。因此，人们付出了相当大的努力来研究、跟踪和预测这些事件的时间、强度、持续时间和物理驱动因素。
大多数研究都集中在海洋表面的极端温度上，这方面有更多由卫星、船只和浮标进行的高质量观测。海洋表面温度也可以是敏感海洋生态系统的许多物理和生物化学海洋特征的指标，使分析更加直接。
大约90%的全球变暖多余热量被海洋吸收，海洋在过去的一个世纪里变暖了大约1.5摄氏度。在过去的十年里，海洋热浪的频率增加了约50% 。
近年来，科学家们利用有限的可用数据，加大了对整个水柱中海洋热浪的调查力度。但之前的研究并没有针对大陆架海底的极端温度，大陆架为龙虾、扇贝、螃蟹、比目鱼、鳕鱼和其他底栖鱼等重要的商业物种提供了重要的栖息地。

海底与表面海洋热浪空间范围。a–I从1993年到2019年，每个月每个大型海洋生态系统(LME)经历海洋表面热浪(SMHW)条件的部分。阴影表示给定月份的平均SMHW强度(C ),由经历SMHW条件的所有网格单元的平均海面温度异常(SSTAs)测量。黑色等高线标记了海底海洋热浪(BMHW)条件下LME面积的分数(即图5中的条形高度) 。水平灰线标记区域范围为0.5和1 。注:只有底部深度小于400米的网格单元用于面积百分比和强度计算。LME名称旁边的数字分别表示SMHWs和BMHWs的面积范围大于0.5的总月数。Credit: Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36567-0
由于底层水温数据集相对稀缺，科学家们使用了一种称为“再分析”的数据产品来进行评估，这种评估从可用的观测数据开始，并采用模拟洋流和大气影响的计算机模型来“填补空白” 。使用类似的技术，NOAA的科学家已经能够重建19世纪早期的全球天气。
虽然海洋再分析已经存在很长时间了，但直到最近它们才变得足够熟练，并具有足够高的分辨率来研究海洋特征，包括海岸附近的底部温度。
来自美国国家海洋和大气管理局、CIRES和NCAR的研究小组发现，在北美周围的大陆架上，海底海洋热浪往往比其表面对应物持续更长时间，并且比覆盖的表层水具有更大的变暖信号。海底和表层海洋热浪可能在同一地点同时发生，尤其是在表层水和底层水交汇的较浅区域。
但是海底热浪也可能在表面很少或没有变暖迹象的情况下发生，这对具有重要商业价值的渔业管理具有重要意义。“这意味着，在影响开始显现之前，经理们可能意识不到它正在发生，”Amaya说。
根据2021年的一项研究， 2015年，美国西海岸的有害藻华和海带森林栖息地的丧失——两者都是由Blob引起的——导致贝类渔业关闭，经济损失超过1.85亿美元。商业三州邓杰斯蟹渔业记录了9750万美元的损失，影响了部落和非部落渔业。由于休闲蛏子和鲍鱼渔业的关闭，华盛顿和加州沿海社区的旅游支出总共损失了8400万美元。
2021年，美国国家海洋与大气管理局渔业部门公布的一项底栖鱼调查表明，阿拉斯加湾鳕鱼在Blob期间急剧下降，在2015年至2017年间数量下降了71% 。另一方面，俄勒冈州立大学和NOAA渔业研究人员在2019年发表的一篇论文中发现，北加州海流系统中的年轻底栖鱼和其他海洋生物在前所未有的海洋条件下茁壮成长。
异常温暖的底层水温也与美国东南部的入侵狮子鱼的扩张、珊瑚漂白和随后的珊瑚礁鱼数量下降、大西洋鳕鱼幼鱼存活率的变化以及新英格兰南部近岸龙虾种群的消失有关。
这组作者说，维持现有的大陆架监测系统和开发新的实时监测能力，以提醒海洋资源管理者注意海底变暖情况，这将是非常重要的。
“我们知道，海洋热浪的早期识别对于沿海海洋的主动管理是必要的，”合著者迈克尔·雅各布斯说，他是一名研究海洋学家，在NOAA的西南渔业科学中心和物理科学实验室之间工作。“现在很明显，我们需要更密切地关注海底，一些最有价值的物种生活在那里，他们可以经历与表面完全不同的热浪。”