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近日，由中國海洋大學(xué)深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心、物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室荊釗教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)在海洋溫差能與氣候變化研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次評估了全球變暖背景下溫差能儲(chǔ)量的未來變化情況并揭示了其調(diào)控機(jī)制。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊NatureCommunications（《自然·通訊》）11月25日對該研究成果進(jìn)行了在線報(bào)道，成果由中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院、深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心博士研究生杜天時(shí)為第一作者，荊釗教授為通訊作者的科研團(tuán)隊(duì)合作完成。

自從工業(yè)革命以來，大量化石燃料燃燒所排放的溫室氣體引發(fā)了一系列的環(huán)境和社會(huì)問題。利用可再生的清潔能源來代替化石能源已經(jīng)成為人類社會(huì)的共識。海洋溫差能具有清潔、穩(wěn)定、儲(chǔ)量大等特點(diǎn)，是極具開發(fā)利用價(jià)值的可再生能源。海洋溫差能密度依賴于表層和深層（1000m）海水的溫度差。盡管現(xiàn)有研究表明，全球變暖背景下海洋上層的增溫相較于深層整體上更為明顯，但是對于未來溫差能的定量變化及其調(diào)控機(jī)理仍然缺乏基本的認(rèn)識。

圖1：觀測與地球系統(tǒng)模式中的海洋溫差能情況。（a）觀測、高分辨率地球系統(tǒng)模式（CESM-H）和最新一代（CMIP6）低分辨率地球系統(tǒng)模式模擬的溫差能儲(chǔ)量隨時(shí)間的變化情況；（b-d）觀測、CESM-H與CMIP6模擬的1992-2021年平均的溫差能密度的空間分布；（e-h）展示了專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)的結(jié)果。

本研究基于中國海洋大學(xué)參與研制的高分辨率地球系統(tǒng)模式模擬結(jié)果，首次評估了未來全球溫差能儲(chǔ)量的變化情況。在高碳排放情境下，由于溫差能密度的提高和可利用范圍的擴(kuò)大，溫差能儲(chǔ)量在本世紀(jì)末相比當(dāng)前情況會(huì)增長46%（圖1）。表層溫度增長對溫差能儲(chǔ)量增加的貢獻(xiàn)會(huì)被深層溫度的增長所部分抵消。該抵消作用在大西洋最為明顯，其主要原因是渦旋所引起的垂向熱輸運(yùn)在全球變暖情境下減弱，從而導(dǎo)致深層增溫加快（圖2）。

圖2：中尺度渦旋垂向熱輸運(yùn)減弱導(dǎo)致大西洋深層變暖。（a）1992-2021年平均的大西洋800-1200米海洋熱收支診斷結(jié)果。從左至右分別為熱含量傾向項(xiàng)，大尺度環(huán)流熱輸送，渦旋熱輸送以及湍流混合引起的熱輸送。（b）變暖前后熱收支的差異。

該研究成果為未來海洋溫差能的開發(fā)利用提供了重要的科學(xué)指導(dǎo)，同時(shí)揭示了海洋渦旋對調(diào)制未來海洋層結(jié)和溫差能儲(chǔ)量變化的重要作用，指出了發(fā)展高分辨率地球系統(tǒng)模式、準(zhǔn)確模擬海洋中小尺度動(dòng)力過程，對于理解未來地球氣候系統(tǒng)變化具有重要意義。

通訊員：侯霞

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34835-z