中科院海洋所海洋數值模擬和氣候預測課題組利用自主研發的海洋環流-生態耦合模式，開展熱帶太平洋深層葉綠素濃度極大值（DCM）對氣候系統的反饋效應研究并取得新進展，相關成果近日發表在國際學術期刊 Journal of Geophysical Research: Oceans上。 

　　DCM是指廣泛存在于層結海洋中的次表層葉綠素濃度極大值現象，其強度和深度受太陽輻射和營養鹽垂向分布等物理和生態要素共同控制。在熱帶太平洋海域，DCM呈現“東強西弱”的總體格局，且DCM在東部較淺、西部較深。前人通過數值模式研究發現，海洋葉綠素濃度可以通過改變太陽輻射垂向衰減率來影響海溫分布并進而影響氣候系統，但各模式中葉綠素濃度的表征方式存在不同，一些僅考慮海表葉綠素濃度的影響，一些則考慮真實的三維葉綠素濃度效應，其中這兩者差別正好反映了次表層DCM對海洋物理狀態的影響。但目前兩種方式上的差別所造成對海洋物理狀態的影響及過程還不清楚，因此需要研究DCM效應及其對氣候模擬的可能影響，以定量化因葉綠素濃度表征方式不同造成的海洋溫度模擬的偏差及其進一步引起的氣候效應。 

　　研究團隊利用一個海洋環流-生態耦合模式，在給定的大氣強迫下設計兩組敏感性試驗，探究了熱帶太平洋DCM氣候態分布對海表溫度（SST）的影響，以及DCM年際變率對厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）振幅的影響。結果揭示DCM效應存在著兩種相互抵消作用的機制：一種是海洋生物引起的直接加熱（OBH）效應，另一種是與垂向混合和淺層經向翻轉環流（sMOC）有關的動力過程引起的間接冷卻效應。 

　　發現引入DCM氣候態效應后，赤道東太平洋SST氣候態降低約0.2℃，且次表層降溫幅度大于SST。分析其物理機制發現，DCM效應通過直接增加混合層底部的太陽輻射吸收量，形成OBH效應；進一步，減弱上層海洋層結強度，從而加強垂向混合，其造成的間接冷卻效應阻遏甚至超過OBH效應，改變局地海溫垂向結構，從而引起海表高度和海洋環流變化。尤其是加速了熱帶東太平洋的sMOC，增加了赤道海域向赤道外的熱量輸送，進一步導致東部SST降低。在海氣熱交換方面，SST降幅部分被海氣凈熱通量抵消，最終造成赤道東太平洋SST降低約0.2℃；西太平洋則因間接冷卻效應較弱，所以SST略有升高。 

DCM效應及其物理機制示意圖

　　發現引入DCM年際變率效應之后，赤道中東太平洋SSTA的標準差增大，ENSO振幅增加。究其原因，一方面，厄爾尼諾期間海洋層結較強，上層海洋營養鹽較少，造成DCM較弱，其引起的間接冷卻效應可能不足以抵消OBH效應；拉尼娜期間則相反，較強的間接動力過程將有顯著增大SST降溫幅度。另一方面，DCM效應導致溫躍層深度的緯向梯度加大，加強了ENSO的溫躍層反饋作用，也有助于ENSO振幅增加。　　 

　　綜上所述，本研究較為系統地闡釋了熱帶太平洋DCM氣候態及其年際變率對海溫、ENSO振幅的影響及其物理機制，為理解海洋生態系統對氣候系統的反饋作用提供了新的見解。論文第一作者為中科院海洋所博士研究生石其東，通訊作者為南京信息工程大學張榮華教授。研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等項目支持。 

　　論文信息及鏈接： 

　　Shi, Q., Zhang, R.-H., & Tian, F. (2023). Impact of the deep chlorophyll maximum in the equatorial Pacific as revealed in a coupled ocean GCM-ecosystem model. Journal of Geophysical Research: Oceans, 128, e2022JC018631. https://doi.org/10.1029/2022JC018631