《Atmospheric and Oceanic Science Letters》：Luzon Strait heat transport and mesoscale eddies’ enhancement effect on boreal winter subsurface marine heatwaves in the South China Sea
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本研究针对全球气候变化背景下南海冬季次表层海洋热浪(MHWs)时空特征与驱动机制尚不明确的科学问题，利用高分辨率海洋再分析数据，系统分析了1994–2023年间南海冬季次表层MHWs的时空分布、垂直结构及驱动机制。研究发现，冬季次表层MHWs在吕宋海峡以西的东北部南海最为剧烈，其强度峰值位于约130米深处；吕宋海峡区域的黑潮分支热流入和中尺度涡旋是其主要驱动因子，其中正热流入异常与250–300米深度MHW强度强相关，而负涡度(反气旋涡)则在70–200米深度增强了MHW频率。热量收支分析进一步揭示了平流过程的主导作用。该研究明确了东北部南海是冬季MHW的热点区域，为评估其对脆弱海洋生态系统的风险提供了科学依据。
在全球气候变化的背景下，海洋热浪（Marine Heatwaves, MHWs）作为一种极端海洋事件，正以前所未有的频率和强度冲击着全球海洋生态系统。南海作为西北太平洋重要的边缘海，其生态系统对温度变化极为敏感。过往的研究已揭示了南海夏季海洋热浪的严重生态后果，例如2020年夏季北部涠洲–徐闻区域珊瑚白化率超过80%。然而，与夏季相比，冬季、尤其是海面之下的次表层海洋热浪，由于其信号与表层解耦且卫星难以观测，其三维结构、时空特征和形成机制一直是个“黑箱”，研究相对匮乏。这导致我们对南海全年、全水柱的热胁迫风险认知存在严重短板，难以对冬季生态危机进行有效预警和评估。因此，厘清南海冬季次表层海洋热浪的“来龙去脉”，不仅是海洋与气候科学的前沿课题，更是保护南海生物多样性和渔业资源的紧迫需求。
近日，发表在《Atmospheric and Oceanic Science Letters》上的一项研究，利用长达30年的高分辨率海洋再分析数据，首次系统描绘了南海冬季次表层海洋热浪的完整图景，并深入剖析了其背后的核心物理机制。
主要技术方法
本研究主要基于以下数据和计算方法：1. 数据来源：使用哥白尼海洋环境监测服务（CMEMS）提供的全球海洋物理再分析数据集（GLOBAL_MULTIYEAR_PHY_001_030），该数据集提供了1994–2023年每日海温和三维海流数据，水平分辨率1/12°，垂直50层（0–300米）。同时使用ECCO2数据集和NOAA OISST海表温度数据集进行验证和补充。2. 海洋热浪定义与识别：基于上述数据，采用标准方法识别海洋热浪事件。3. 热输送计算：选取吕宋海峡附近（120.75°E, 18.5°–22°N）的经向断面，计算0–300米水层的黑潮分支“参考热通量”。4. 热量收支分析：采用热量收支方法，定量分解了核心研究区域（19°–22°N, 115°–121°E, 40–140米）和高相关性区域（20°–22°N, 118°–121°E, 140–300米）的体积平均温度变化，将其分解为水平平流（AdvH）、垂直平流（AdvV）和残余项（R）的贡献。
研究结果
3.1. 海洋热浪的时空分布
研究发现，南海海洋热浪的分布具有显著的季节和垂直差异。在冬季，表层MHWs的强度峰值出现在北部沿岸地区，增温幅度约2.8°C；而次表层MHWs则集中在吕宋海峡以西的东北部南海（19°–22°N, 115°–121°E），峰值强度超过3.2°C。在垂直方向上，MHW强度在东北部南海约130米深度达到峰值，超过2.7°C，且高强度带随深度由西南向东北迁移。频率在垂直方向上相对稳定，但在东北部南海，70米以下频率增加，在130米处达到峰值。
3.2. 垂直结构与区域特征
吕宋海峡区域（19–22°N, 115°–121°E）的MHWs表现出比南海平均值更深的延伸（可达130米）和更强的强度。在该深度，该区域的平均强度、累积强度和频率相比南海平均值分别高出26%、33%和12%。持续时间廓线也显示，该区域的MHW持续时间在0–300米内保持稳定，可能与黑潮-涡旋耦合系统的垂直热泵效应有关。
3.3. 驱动机制：热流入与中尺度涡旋
太平洋暖水主要通过黑潮分支经吕宋海峡输入南海北部，其核心流入位于19.2°N至21.4°N之间。吕宋海峡以西的涡度场呈偶极型分布。相关性分析表明，热流入与MHW强度在118°E以东呈正相关（r > 0.5）。深度依赖的相关性进一步揭示，热流入与MHW频率在70–250米相关性较弱，在250米变得显著；与持续时间的相关性在130–300米增强；与平均强度和累积强度的相关性在250–300米达到峰值（r ≥ 0.55）。而表层涡度与MHW频率呈显著负相关，在200米处峰值达-0.77，与持续时间和累积强度在70–160米也呈强负相关。年际分析显示，在正涡度（气旋式涡旋）或负热流入年份，MHW累积强度出现负异常；而在高MHW年份（如2013、2018、2022年），则对应着正热流入和负涡度（反气旋式涡旋）异常。复合分析证实，异常反气旋涡（负涡度）通过促进下沉流，增强了次表层增温。
3.4. 热量收支过程
热量收支分析表明，研究区域的温度变化主要由平流过程控制。垂直平流提供了稳定的背景热源，在12月、1月和2月分别贡献+0.40°C/月、+0.28°C/月和+0.17°C/月的增温。水平平流则表现出更强的动态调节作用，其增温率在大部分年份能有效抵消海表热通量和垂直混合带来的净冷却（残余项为-1.35至-1.86°C/月）。在吕宋海峡以西热流入与MHW强度的高相关区（140–300米），对累积强度前10的年份分析发现，垂直平流在2月和12月持续提供基线加热，而水平平流则在MHW高发年通过强烈的侧向暖水输送显著提升海温。
结论与意义
本研究的核心结论在于，首次系统阐明了南海冬季次表层海洋热浪的空间格局、垂直结构及其核心驱动机制。研究明确指出，南海东北部、吕宋海峡以西区域是冬季次表层MHW的“热点”，其强度、深度和频率均显著高于南海平均水平。驱动这一现象的关键物理过程是“黑潮分支热输送”与“中尺度涡旋”的协同作用：来自太平洋的黑潮暖水通过吕宋海峡输入，其伴随的涡度偶极子场调制了局地的垂直运动；强烈的热流入异常与深层（250–300米）MHW强度建立强关联，而反气旋涡（负涡度）则通过引发下沉流，在次表层（70–200米）显著增加了MHW的发生频率和持续时间。热量收支分析从定量角度证实，垂直平流提供了稳定的背景加热，而具有强烈年际变率的水平平流则是抵消表层冷却、导致次表层异常增温的直接推手。
这项研究的意义重大。首先，它填补了南海冬季、特别是次表层海洋热浪研究的空白，将人们对MHW的认识从二维海面扩展至三维海洋。其次，它揭示了吕宋海峡作为西北太平洋与南海水热交换关键通道的核心作用，以及中尺度涡旋在调制次表层热收支中的关键角色，深化了对边缘海极端温度事件机理的理解。最后，研究成果为评估南海冬季海洋生态风险（如珊瑚礁、渔业资源）提供了至关重要的科学依据。未来，结合现场观测数据验证次表层信号，并评估长期次表层热浪的生态影响，将是保护南海脆弱生态系统、制定适应性管理策略的重要方向。
