蔡榕碩 譚紅建

自然資源部第三海洋研究所海洋可持續(xù)發(fā)展研究中心, 廈門 361005

1 引言

工業(yè)革命以來(lái)，人類活動(dòng)排放了大量的CO2等溫室氣體，導(dǎo)致地球氣候系統(tǒng)顯著變暖，對(duì)全球環(huán)境、生態(tài)和人類社會(huì)產(chǎn)生了顯著的影響。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第六次評(píng)估報(bào)告（AR6）指出，相對(duì)于工業(yè)革命初期（1850～1900 年），全球表面溫度在2011～2020 年間上升了1.09°C（0.95°C～1.20°C），其中陸地表面溫度上升了1.59°C（1.34°C～1.83°C），海洋表面溫度上升了0.88°C （0.68°C～1.01°C）。海洋占地球表面積約71%，吸收了90%以上因溫室效應(yīng)產(chǎn)生的多余熱量，并發(fā)生了明顯的變化，包括海洋變暖、海平面上升、海水酸化和缺氧，生物多樣性降低和漁業(yè)資源減少等（IPCC 2021, 2023）。近幾十年來(lái)，全球變暖引起的極端高海溫事件（海洋熱浪）已經(jīng)接近甚至超過(guò)了某些海洋生物的耐受極限，并屢屢造成嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)害，如暖水珊瑚的大規(guī)模白化、死亡，以及海草床和大型海藻的大面積消失（Laufk?tter et al., 2020）。研究指出，2016 年發(fā)生的海洋熱浪導(dǎo)致大堡礁大約三分之一的珊瑚嚴(yán)重白化并難以恢復(fù)，即使幸存的珊瑚仍處在緩慢的死亡進(jìn)程中（Hughes et al., 2017）。

盡管全球變暖是確鑿的，但是海洋變暖的速率和幅度在空間和時(shí)間尺度上有很大的區(qū)域性差異。一方面，全球高緯度海區(qū)（尤其是北冰洋）以及大洋副熱帶西邊界流區(qū)域（如黑潮和灣流區(qū)）在過(guò)去幾十年均表現(xiàn)出顯著的升溫特征，海表面溫度（SST）上升的速率是全球海洋平均的2～3 倍（Wu et al., 2012）。另一方面，全球平均SST 在20 世紀(jì)后半葉以近乎線性的方式快速上升，其中，1980 年代和1990 年代是海溫上升速率最快的兩個(gè)時(shí)期。但在此之后也出現(xiàn)短暫的升溫減緩現(xiàn)象，即，從1990 年代末開始至2010 年代初（1998～2013 年），盡管溫室氣體濃度持續(xù)上升，但是全球溫度并未像之前一樣快速上升，在很多區(qū)域甚至出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，即全球變暖出現(xiàn)減緩或停滯（warming hiatus，Kosaka and Xie, 2013）。例如，多種觀測(cè)資料顯示，全球表面溫度上升趨勢(shì)在1997～2013 年間為 0.07°C±0.08°C /10a，相比近 50年的趨勢(shì) 0.16°C±0.02°C/10a 要低得多（Met Office,2013）。關(guān)于該現(xiàn)象，目前較為認(rèn)可的解釋是氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率的調(diào)整和海洋熱吸收的再分布（Chen and Tung, 2014; Trenberth, 2015; 林霄沛等,2016），也有研究將其歸因于人為數(shù)據(jù)處理不當(dāng)（Karl et al., 2015）。近年來(lái)的研究顯示，在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)中，海洋的每一個(gè)十年都比前一個(gè)十年更暖（IPCC, 2021）。特別是，2014 年以后，太平洋年代際濤動(dòng)（PDO）轉(zhuǎn)入正位相，全球氣候又進(jìn)入 了 一 個(gè) 新 的 快 速 升 溫 期（Su et al., 2017）。2022 年，全球海洋熱含量再創(chuàng)新高，成為有現(xiàn)代海 洋 觀 測(cè) 記 錄 以 來(lái) 最 暖 的 一 年（Cheng et al.,2023）。因此，全球變暖并未真正停止，只是短暫的減緩，是人為氣候變化與氣候系統(tǒng)自然變率共同作用下的年代際波動(dòng)。

海洋溫度的快速上升顯著增加了海洋熱浪的發(fā)生頻率和強(qiáng)度。海洋熱浪是指發(fā)生在海洋中的天氣或中短期氣候尺度的極端高海溫事件，其持續(xù)時(shí)間通常是數(shù)日到幾個(gè)月甚至更長(zhǎng)，范圍可延伸數(shù)百至上千千米并可向深海發(fā)展（Hobday et al., 2016）。研究指出，全球變暖背景下海洋熱浪已經(jīng)變得更頻繁、范圍更廣、強(qiáng)度更大、持續(xù)時(shí)間更久（Oliver et al., 2018）。1982～2016 年間，全球海洋熱浪發(fā)生的頻次增加了近1 倍，其中高強(qiáng)度海洋熱浪的發(fā)生頻率增加了20 倍，并且未來(lái)隨著全球持續(xù)變暖，海洋熱浪的頻率和強(qiáng)度很可能會(huì)進(jìn)一步增加（Fr?licher et al., 2018; Oliver et al., 2018）。海 洋熱浪的強(qiáng)度和頻率也具有顯著的區(qū)域性差異。高強(qiáng)度的海洋熱浪主要發(fā)生在大洋的西邊界流區(qū)域、陸架海和邊緣海、半封閉海以及其他海溫變率較大的區(qū)域，如中國(guó)近海、地中海、西北大西洋和東北太平洋（Holbrook et al., 2019）。不同海域海洋熱浪的形成機(jī)制差別較大，即便同一海域，每次發(fā)生海洋熱浪的原因也可能不同，其中大氣強(qiáng)迫（太陽(yáng)短波輻射和擾動(dòng)熱通量等）和海洋動(dòng)力過(guò)程（暖平流增強(qiáng)、混合層變淺和上升流減弱等）被認(rèn)為是最主要的物理機(jī)制（胡石建和李詩(shī)翰, 2022）。并且，上述局地海洋和大氣過(guò)程還受到大尺度氣候模態(tài)的影 響，如 厄 爾 尼 諾 和 南 方 濤 動(dòng)（El Ni?o and Southern oscillation, ENSO）、大 氣 季 節(jié) 內(nèi) 振 蕩（MJO）和印度洋偶極子（IOD）等（Holbrook et al., 2019; 張小娟和鄭飛, 2022）。此外，Li D L et al.（2023）對(duì)2021 年7 月西北太平洋破紀(jì)錄的海洋熱浪的歸因研究指出，人為強(qiáng)迫引起的平均溫度增加可顯著增加發(fā)生極端海洋熱浪的概率。

中國(guó)近海及鄰近海域，包括渤海、黃海、東海和南海及其鄰近海域（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)近海）位于亞歐大陸東部，是西北太平洋的邊緣海，跨越了熱帶、亞熱帶和溫帶，有眾多的河口、港灣和廣闊的淺海陸架，以及多樣的海洋生態(tài)系統(tǒng)及豐富的海洋生物資源，對(duì)中國(guó)沿海地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。研究指出，中國(guó)近海是氣候變化的敏感區(qū)域（蔡榕碩等, 2006, 2022a; Cai et al., 2016, 2017;Tan et al., 2021）。一方面，中國(guó)近海位于東亞季風(fēng)區(qū)，受東亞季風(fēng)系統(tǒng)（如東亞冬、夏季風(fēng)和西太平洋副熱帶高壓）變化的顯著影響；另一方面，還位于全球最強(qiáng)副熱帶西邊界流之一的黑潮影響區(qū)域，因而也受到黑潮變化的明顯影響。這種獨(dú)特的地理位置和氣候條件以及強(qiáng)烈的人類活動(dòng)使得中國(guó)近海海洋環(huán)境在過(guò)去幾十年發(fā)生了顯著的變化，包括明顯變暖、海洋熱浪頻發(fā)、富營(yíng)養(yǎng)化、有害藻華暴發(fā)、生物多樣性和資源減少等（蔡榕碩等, 2020b, 2022b）。

隨著全球變暖的加劇，中國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)面臨海洋升溫疊加海洋熱浪等氣候危害性的威脅日益增加，如何有效地應(yīng)對(duì)氣候變化是當(dāng)今重大的科學(xué)與社會(huì)問(wèn)題。本研究通過(guò)梳理過(guò)去幾十年來(lái)中國(guó)近海變暖和海洋熱浪的主要研究論文和評(píng)估報(bào)告，回顧海洋顯著變暖和海洋熱浪的演變特征及氣候成因，包括變化趨勢(shì)和變率、發(fā)生規(guī)律及機(jī)制，以及相關(guān)影響，并對(duì)重要的研究結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)更新和再現(xiàn)，探討相關(guān)的海洋氣候行動(dòng)及應(yīng)對(duì)策略。文章將有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)中國(guó)近海對(duì)全球變化的響應(yīng)特征及機(jī)理，以期為我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)參考。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

本研究采用最新的觀測(cè)和再分析數(shù)據(jù)對(duì)中國(guó)近海變暖的部分主要研究成果（以作者團(tuán)隊(duì)的成果為主）進(jìn)行更新及再現(xiàn)。應(yīng)用的數(shù)據(jù)集描述見(jiàn)表1，其中SST 數(shù)據(jù)包括（1）英國(guó)哈德萊中心（Hadley Centre Sea Ice and Sea Surface Temperature，HadISST）逐月的資料，分辨率為1°×1°。（2）美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的逐日25 km的全球衛(wèi)星海溫資料，大氣和海洋再分析數(shù)據(jù)分別為歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）發(fā)展的新一代全球大氣再分析產(chǎn)品（ERA5）。（3）中國(guó)國(guó)家海洋信息中心發(fā)展的一套中國(guó)海洋再分析產(chǎn)品（China Ocean Reanalysis, 簡(jiǎn)稱CORA1.0）。與其他海洋再分析產(chǎn)品相比，CORA1.0 同化了大量的由中國(guó)獨(dú)立觀測(cè)的資料，包括CTD、BT 以及Argo 等，很多研究也都證實(shí)了該產(chǎn)品能夠很好地用于再現(xiàn)中國(guó)近海的有關(guān)海洋過(guò)程和現(xiàn)象。

表1 本研究采用的數(shù)據(jù)集Table 1 Dataset used in this study

2.2 方法

本研究主要采用基于最小二乘法的線性回歸模型評(píng)估變量（如SST）的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)。對(duì)于變量Y而言，其線性變化趨勢(shì)可以通過(guò)對(duì)｛Xi｝時(shí)刻的時(shí)間序列｛Yi｝采用如下關(guān)系進(jìn)行線性擬合獲得：

其中，Yi為年（或季節(jié)）平均的變量，Xi為時(shí)間變量，斜率k即為變化趨勢(shì)或者速率，單位為°C/a或°C/10a 。k為正數(shù)時(shí)表示上升，為負(fù)數(shù)時(shí)表示下降。

為了更好地刻畫中國(guó)近海變暖的程度及影響，文章引入氣候變化速度的概念，包括地理等溫線移動(dòng)速度和物候變遷速率（Loarie et al., 2009; Burrows et al., 2011; 蔡榕碩和付迪, 2018）。從地球氣候的自然規(guī)律而言，季節(jié)或年平均SST 地理等溫線的分布位置以及季節(jié)物候的時(shí)間周期是相對(duì)固定的。但是，近百年來(lái)，由于人為氣候變化導(dǎo)致平均溫度的顯著升高，使得地理等溫線逐漸向高緯度方向移動(dòng)；同時(shí)，日或月等時(shí)間尺度的溫度升高導(dǎo)致季節(jié)物候的變異及其持續(xù)時(shí)間的變化，如春季提前到來(lái)、秋季滯后結(jié)束，即溫暖期變長(zhǎng)等。氣候變化速度對(duì)生物空間分布和生長(zhǎng)節(jié)律具有重要意義。為定量描述上述變化，地理等溫線的移動(dòng)速度（Visotherm，單位：km/10a）表示為季節(jié)或年平均SST 長(zhǎng)期變化趨勢(shì)（k，單位：°C/10a）與其二維空間梯度（ ?，單位：°C/km）的比值：

從上式可以看出，Visotherm具有方向性，可以分解為經(jīng)向和緯向的分量。由于 ?在平行于等溫線方向的梯度分量很小（幾乎為零），導(dǎo)致Visotherm在該方向的分量無(wú)窮大，本研究在計(jì)算時(shí)對(duì)上述情況做了單獨(dú)處理。

物候的季節(jié)變遷速率（Vphenology，單位：d/10a）表示為SST 長(zhǎng)期變化趨勢(shì)（k，單位：°C/10a）與其季節(jié)變化率（ΔT，單位：°C/d）的比值：

本研究主要關(guān)注代表性季節(jié)出現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)（春季的4 月和秋季的10 月）變化。季節(jié)變化率ΔT用月平均溫度的中央差分表示，即后一個(gè)月與前一個(gè)月溫度之差，再除以2。以春季為例，季節(jié)變遷速率為4 月份的SST 變化趨勢(shì)與5 月和3 月溫度中央差分的比值。計(jì)算獲得的正（負(fù)）值表示季節(jié)提前（延后）的天數(shù)。

關(guān)于海洋熱浪，本研究采用的識(shí)別方法是Hobday et al.（2016）定義的固定基準(zhǔn)期內(nèi)相對(duì)閾值法，即利用逐日的全球海溫衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（OISST）以30 年（1982～2011 年）基準(zhǔn)期內(nèi)日變化的第90 百分位數(shù)的海溫為熱浪閾值，且連續(xù)超過(guò)閾值不少于5 天（允許異常增暖期間溫度短暫地低于閾值，但不能連續(xù)超過(guò)2 天）。海洋熱浪一旦發(fā)生，可用一系列指標(biāo)來(lái)定量描述海洋熱浪的特征，包含熱浪的平均強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、最大強(qiáng)度、累積強(qiáng)度、發(fā)生頻次等。

3 結(jié)果與分析

中國(guó)近海位于東亞季風(fēng)區(qū)，自北向南跨越了溫帶、亞熱帶和熱帶，包括暖溫帶的渤海和黃海、亞熱帶的東海和臺(tái)灣海峽、南海北部陸架以及熱帶的南海大部（圖1）。受東亞季風(fēng)影響，中國(guó)近海大部分區(qū)域冬季干冷，夏季暖濕，春秋季為交替季節(jié)。冬季盛行基本沿海岸線分布的北風(fēng)，其中長(zhǎng)江口以北為來(lái)自大陸的西北風(fēng)，以南為東北風(fēng)。夏季以西南風(fēng)為主，平均風(fēng)速較冬季小，隨著南海夏季風(fēng)爆發(fā)，雨帶逐步向北推進(jìn)。中國(guó)近海夏季還受到西北太平洋副熱帶高壓的控制，天氣晴朗少云，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，同時(shí)由于海面風(fēng)速降低，使蒸發(fā)造成的熱量損失減少，容易發(fā)生海洋熱浪。此外，中國(guó)近海環(huán)流系統(tǒng)也受到北太平洋西邊界流黑潮及其分支變化的影響。黑潮源自菲律賓東部海域，自南向北流經(jīng)臺(tái)灣島的東部海域，沿著琉球群島北側(cè)繼續(xù)往東北方向流動(dòng)，并把大量的熱量從低緯輸運(yùn)到高緯海域，將熱帶的氣候信號(hào)傳遞到中高緯度海區(qū)。中國(guó)近海獨(dú)特的地理位置和氣候條件使得其在全球變暖背景下發(fā)生了顯著的升溫等變化。為了便于分析，文章根據(jù)地理位置和氣候環(huán)境條件的相似性將中國(guó)近海區(qū)域劃分為東中國(guó)海（包括渤海、黃海和東海，23°～43°N，118°～130°E）和 南 海（2°～23°N，108°～120°E）。

圖1 中國(guó)近海（a）冬季和（b）夏季海表面溫度（SST，藍(lán)色等值線，單位：°C）、低層925 hPa 風(fēng)場(chǎng)（紅色矢量，單位： m s-1）和上30 m層海洋環(huán)流（綠色矢量，單位：m s-1）氣候態(tài)（1981～2010 年）分布，黑色方框代表東中國(guó)海（包括渤海、黃海和東海，23°～43°N，118°～130°E）和南海（2°～23°N，108°～120°E）。Fig.1 Climatology (1981-2010) of sea surface temperature (SST, blue contours, units: °C), wind field at 925 hPa (red vectors, units: m s-1), and upper 30-m ocean current (green vectors, units: m s-1) in the (a) winter and (b) summer in coastal China seas.The black boxes denote the East China Seas (including Bohai, Yellow Sea, and East China Sea, 23°-43°N,118°-130°E) and South China Sea (2°-23°N, 108°-120°E).

3.1 海溫變化

3.1.1 海溫變化的觀測(cè)研究

已有的大量研究揭示了整個(gè)西北太平洋尤其是中國(guó)近海的顯著升溫現(xiàn)象（張秀芝等, 2005; 蔡榕碩等, 2006; 馮琳和林霄沛, 2009; Cai et al., 2016; Cai et al., 2017）。采用最新資料分析的結(jié)果顯示，1960～2022 年期間，中國(guó)近海年平均SST 上升了1.02°C±0.19°C，其中東中國(guó)海平均SST 上升了1.45°C±0.32°C，而冬季SST 的增加尤為突出，近2°C（圖略）。這表明，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)近海出現(xiàn)明顯的升溫趨勢(shì)，并以冬季的東中國(guó)海為顯著。為此，文章進(jìn)一步分析全球和中國(guó)近海冬、夏兩季海溫的變化。圖2 為1960～2022 年冬季（12、1 和2 月）和夏季（6、7 和8 月）全球海洋和中國(guó)近海SST變化趨勢(shì)空間分布和時(shí)間序列。由圖可見(jiàn)，在全球變暖背景下，全球大部分海區(qū)呈現(xiàn)變暖趨勢(shì)，包括印度洋、北太平洋、南太平洋西部和北大西洋，僅南大洋高緯度海區(qū)和熱帶東太平洋變暖趨勢(shì)不明顯或有微弱的變冷趨勢(shì)（圖2a）。另外，在副熱帶大洋西邊界流區(qū)域均出現(xiàn)顯著的升溫現(xiàn)象，如北太平洋的黑潮區(qū)、南太平洋的東澳大利亞流、北大西洋的灣流區(qū)、南大西洋巴西流和印度洋的阿古拉斯流海區(qū)。這與Wu et al.（2012）的研究結(jié)果類似，即過(guò)去百年來(lái)大洋西邊界流海區(qū)的升溫速率是全球海洋平均的2～3 倍。1960～2022 年期間，東中國(guó)海冬季（夏季）上升了1.95°C±0.38°C（1.26°C±0.32°C），升溫速率達(dá)到0.31（0.20）°C/10a，是同期全球海洋平均的2～3 倍（表2）。東中國(guó)海升溫速率最大區(qū)域位于東海的長(zhǎng)江河口附近至臺(tái)灣海峽南部海域（Cai et al., 2016, 2017）。相對(duì)而言，南海SST 升溫速率小于東中國(guó)海，冬、夏季升溫速率分別為0.19°C/10a和0.14°C/10a，但也高于全球平均水平（表2）。

表2 東中國(guó)海和南海SST 在不同時(shí)期的升溫速率 （單位：°C/10a）Table 2 Warming rate (units: °C/10a) during different periods in the East China seas and South China Sea

分析也顯示，中國(guó)近海SST 的升溫并非是單調(diào)的上升，在全球變暖不同時(shí)期還表現(xiàn)出很大的差異。全球平均表面溫度在20 世紀(jì)70 年代末到90年代末快速升溫，被稱為全球變暖的加速期；而在21 世紀(jì)初期（1998～2013 年）升溫速率發(fā)生了短暫的停滯或減緩，被稱為變暖減緩期；2014 年以后全球氣候變暖似乎又進(jìn)入一個(gè)新的上升時(shí)期（Dai et al., 2015; Su et al., 2017）。中國(guó)近海尤其是東中國(guó)海SST 在全球變暖的不同時(shí)期均表現(xiàn)出增強(qiáng)的響應(yīng)特征（Tan et al., 2021）。具體為，在全球變暖加速期（1979～1998 年），東中國(guó)海SST以更快的速率上升，冬季升溫速率達(dá)到0.62°C/10a，是全球平均水平的5 倍以上。而在全球變暖減緩期（1998～2013 年）, 東中國(guó)海又表現(xiàn)出顯著的冷卻態(tài)勢(shì)，冬季降溫速率達(dá)到-0.39°C/10a，同樣顯著高于全球平均。2013 年以后，隨著全球變暖減緩期的結(jié)束，東中國(guó)海SST 又以空前的上升速率增加（冬季達(dá)到0.89°C/10a）。此外，南海的變暖速率雖然低于東中國(guó)海，但仍然高于全球平均水平。由此可見(jiàn)，中國(guó)近海尤其是東中國(guó)海是全球氣候變化的敏感區(qū)，并有明顯的年代際和年際變化特征。這既與全球變暖緊密相關(guān)，也與其獨(dú)特的地理位置和氣候環(huán)境條件有關(guān)。

上述分析顯示，中國(guó)近海除了有顯著的升溫趨勢(shì)外，還有明顯的年代際和年際變化。因此，為進(jìn)一步了解中國(guó)近海SST 的年代際和年際變率，文章采用小波分析方法對(duì)中國(guó)近海SST 的變化周期加以分析。圖3 為中國(guó)近海冬、夏季SST 序列的小波系數(shù)實(shí)部譜。小波系數(shù)實(shí)部絕對(duì)值大小的物理意義表示周期信號(hào)的強(qiáng)弱。由圖3 可見(jiàn)，小波系數(shù)實(shí)部譜揭示了中國(guó)近海SST 的主要周期、強(qiáng)度和位相轉(zhuǎn)換在時(shí)間域上的變化。換言之，中國(guó)東部海域SST 的變化在小波實(shí)部具體數(shù)值上有顯著的年際和年代際變化周期。在年際尺度上，冬、夏季SST 均具有明顯的準(zhǔn)2 年和3～7 年的變化周期，前者對(duì)應(yīng)準(zhǔn)兩年振蕩（quasi-biennial oscillation，QBO），后者與ENSO 的變化周期類似。值得注意的是，在20 世紀(jì)80 年代以后，這兩種年際變化信號(hào)融合在一起，并大體表現(xiàn)為一種3～4 年的年際變化周期。這可能與ENSO 在20 世紀(jì)70 年代末以后活動(dòng)變得較為頻繁有關(guān)，這也表明ENSO對(duì)中國(guó)近海SST 年際變化的影響可能正在加強(qiáng)，但具體過(guò)程還有待進(jìn)一步研究。

圖3 1960～2022 年中國(guó)近海（a）冬季和（b）夏季SST 序列的小波實(shí)部譜。Fig.3 Wavelet real part spectra of sea surface temperature in the (a) winter and (b) summer in coastal China seas during 1960-2022.

已有的研究表明，不同類型ENSO 事件對(duì)中國(guó)近海SST 的影響也存在明顯的差異（Liu Q Y et al., 2014; Tan et al., 2016）。El Ni?o 發(fā)展到成熟期后，南海SST 會(huì)出現(xiàn)“雙峰型”增溫特征，即El Ni?o 達(dá)到頂峰后的2 月和8 月南海SST 會(huì)有顯著的正異常變化，并且由El Ni?o 引起的大氣和海洋環(huán)流異常分別是這兩次增溫過(guò)程的主要貢獻(xiàn)者（Wang et al., 2006）。相 對(duì) 而 言，中 部 型El Ni?o（El Ni?o Modoki）引起的南?！半p峰型”升溫持續(xù)時(shí)間較短，顯著影響區(qū)域位于西部邊界流（Liu Q Y et al., 2014）。此外，El Ni?o 與中國(guó)東海SST 有6～8 個(gè) 月 的 滯 后 正 相 關(guān)（Wu et al.,2017），而中部型El Ni?o 則會(huì)導(dǎo)致中國(guó)近海尤其是黑潮流域秋季出現(xiàn)冷異常（Tan and Cai, 2014;Tan et al., 2016）。在 年 代 際 尺 度 上，中 國(guó) 近 海SST 主要表現(xiàn)為大約16 年的低頻振蕩特征，這可能與太平洋年代際振蕩（PDO）有關(guān)，但又有所不同，這是因?yàn)镻DO 的振蕩周期一般是20～30 年（Mantua and Hare, 2002）。中國(guó)近海在全球變暖不同時(shí)期的升溫速率與PDO 的位相轉(zhuǎn)換密切相關(guān)。PDO 在1970 年代末進(jìn)入正位相，并分別在1980年代和1990 年代中期達(dá)到頂峰，并在1990 年代末轉(zhuǎn)為負(fù)位相。中國(guó)近海升溫最迅速的兩個(gè)時(shí)期分別是PDO 處于正位相最大值的時(shí)期，1990 年代末以后中國(guó)近海溫度的下降趨勢(shì)也與PDO 進(jìn)入負(fù)位相的時(shí)期基本一致。2014 年以后，隨著PDO 再次轉(zhuǎn)為正位相（Su et al., 2017; Tang et al., 2020），中國(guó)近海也再次進(jìn)入快速升溫時(shí)期，并伴隨著頻繁發(fā)生的海洋熱浪。相關(guān)分析表明，東中國(guó)海冬季SST序列10 年滑動(dòng)趨勢(shì)與PDO 指數(shù)具有顯著的相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)為0.55，超過(guò)99%信度檢驗(yàn)），而與AMO 指數(shù)的關(guān)系不大（Tan et al., 2021）。這表明中國(guó)近海的年代際變暖速率很可能受到PDO 位相的調(diào)制。

3.1.2 海溫變化的影響機(jī)制

研究認(rèn)為，氣候變化背景下中國(guó)近海尤其是東中國(guó)海SST 變化受到很多因素的影響，包括東亞季風(fēng)、黑潮、副熱帶高壓、太陽(yáng)輻射，以及陸地徑流等因素（Cai et al., 2017; 蔡榕碩等, 2022a）。由于中國(guó)近海地處東亞季風(fēng)區(qū)和西北太平洋邊界流黑潮的影響區(qū)，因此，文章重點(diǎn)關(guān)注東亞季風(fēng)和黑潮的變化及其影響。一方面，東亞季風(fēng)低層大氣環(huán)流的變動(dòng)可通過(guò)影響海氣界面的潛熱和感熱通量的變化，引起中國(guó)近海上層的熱量和SST 變化，因此東亞季風(fēng)的強(qiáng)弱變動(dòng)可通過(guò)影響中國(guó)近海上空氣溫和風(fēng)速的變化而引起海溫的異常。其中，冬季，強(qiáng)烈的西北風(fēng)攜帶大量冷空氣從歐亞大陸吹向中國(guó)近海，夏季西南季風(fēng)攜帶暖濕氣流從熱帶吹向中緯度海區(qū)。另一方面，中國(guó)近海位于北太平洋副熱帶西邊界流黑潮影響區(qū)域。黑潮實(shí)際上是熱帶太平洋北赤道流向西流至菲律賓群島東部海域后的北向支流，流經(jīng)臺(tái)灣島東北部發(fā)生彎曲，部分暖水入侵東中國(guó)海陸架海域，并通過(guò)東中國(guó)海的環(huán)流系統(tǒng)將熱量傳輸至該海域，同時(shí)黑潮又通過(guò)呂宋海峽入侵南海北部。其中，臺(tái)灣島以東黑潮的經(jīng)向流量（熱量和體積）是影響東中國(guó)海海溫的重要因子之一（Wu et al., 2012; Cai et al., 2017）。由此可見(jiàn)，東亞季風(fēng)和黑潮是中國(guó)近海SST 變化的重要影響因子，并主要通過(guò)海氣熱通量和海洋熱動(dòng)力等過(guò)程而產(chǎn)生作用（馮琳和林霄沛, 2009; Zhang et al., 2010; Cai et al.,2017; Moon et al., 2019）。

圖4 為中國(guó)近海SST 和東亞季風(fēng)低層（925 hPa）風(fēng)場(chǎng)的主要模態(tài)（為節(jié)省篇幅，本節(jié)主要以冬季為例）在年代際和年際尺度上均表現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（蔡榕碩等, 2011; Cai et al., 2017; Tan et al.,2021）。從圖4a、b 可以清晰地看到，中國(guó)近海冬季SST 有明顯的年代際變化特征，顯著區(qū)域位于東中國(guó)海，而東亞冬季風(fēng)年代際最顯著的信號(hào)是東中國(guó)海上空來(lái)自中國(guó)大陸的西北風(fēng)，兩者的相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.89。東亞冬季風(fēng)在1980 年代進(jìn)入負(fù)位相并開始減弱，中國(guó)近海SST 也在1980 年代中期轉(zhuǎn)為正位相并開始上升，考慮到SST 對(duì)大氣強(qiáng)迫響應(yīng)的滯后過(guò)程，東亞冬季風(fēng)年代際減弱很可能是中國(guó)近海尤其是東中國(guó)近海冬季SST 迅速升溫的重要因素。這表明，近幾十年來(lái)東中國(guó)海增強(qiáng)的變暖與東亞季風(fēng)的年代際減弱關(guān)系密切。東亞季風(fēng)在1970 年代末開始減弱并在2000 年以后有所加強(qiáng)（丁一匯等, 2018），上述中國(guó)近海SST 的年代際變化也與之相似。從圖4c、d 可看出，中國(guó)近海SST 和東亞低層風(fēng)場(chǎng)的年際變化也有較為一致的耦合關(guān)系，相關(guān)系數(shù)高達(dá)-0.81。這也說(shuō)明，不論是年際還是年代際尺度，中國(guó)近海SST 的變化與東亞冬季風(fēng)有密切關(guān)系；并且，這種關(guān)系不依賴于線性變化趨勢(shì)。

一般地，當(dāng)東亞冬季風(fēng)強(qiáng)（弱）時(shí)，會(huì)帶來(lái)大（少）量冷空氣，使中國(guó)近海特別是東中國(guó)海低層氣溫偏低（高）并伴隨風(fēng)速的增大（減弱），海氣溫差增大（減小），并且由風(fēng)速變化引起的蒸發(fā)量增大（減?。?，將引起從海洋向大氣釋放的潛熱通量和感熱通量增多（減少），最終導(dǎo)致SST 降低（升高）。因此，東亞冬季風(fēng)的變化也將對(duì)中國(guó)近海的海氣熱通量產(chǎn)生明顯的作用，進(jìn)而影響SST的變化。一般地，中緯度海域的海氣相互作用主要表現(xiàn)為大氣對(duì)海洋的作用，而熱帶海域則主要表現(xiàn)為海洋對(duì)大氣的作用。這是由于熱帶海域如南海的上層海洋熱含量較大，SST 較高（26°C 以上），SST 升高可降低海面上空大氣的靜力穩(wěn)定度，使得大氣垂向混合增強(qiáng)。而較高的SST 可以通過(guò)潛熱和感熱對(duì)大氣低層加熱，從而降低局地海平面氣壓，相應(yīng)的氣壓梯度使風(fēng)場(chǎng)發(fā)生調(diào)整。由于東中國(guó)海的大部分海域?yàn)?00 m 以淺的陸架海域，且黑潮之外海域上層海洋熱含量較小，不容易引起對(duì)流活動(dòng)，其上空低層大氣環(huán)流主要受中緯度環(huán)流系統(tǒng)支配，相對(duì)穩(wěn)定，并受大陸性系統(tǒng)的影響明顯，季節(jié)和年際變率很大，東亞季風(fēng)受中緯度大氣環(huán)流的影響很大，而局地影響較小，因此，從傳統(tǒng)理論上來(lái)看，東中國(guó)海及附近海域的海氣相互作用主要應(yīng)表現(xiàn)為東亞季風(fēng)對(duì)SST 的影響，但由于東中國(guó)海的長(zhǎng)期升溫變暖，有熱帶化的現(xiàn)象（Cai et al., 2016），這有可能使得該海域海氣相互作用產(chǎn)生異?，F(xiàn)象。簡(jiǎn)言之，有關(guān)東亞季風(fēng)的變化及其通過(guò)海氣熱通量對(duì)中國(guó)近海尤其是東中國(guó)海SST 的影響過(guò)程、機(jī)制將進(jìn)一步研究并另文報(bào)道。

圖5 為1958～2008 年，臺(tái)灣島東部冬、夏季黑潮（23°N 斷面）上層（200 m）海洋經(jīng)向流速的氣候態(tài)及長(zhǎng)期變化趨勢(shì)。臺(tái)灣島東部的黑潮區(qū)斷面寬度在121.5°E～123°E 左右，經(jīng)向流速較大，200 m以淺的流速在0.4 m s-1以上，近表層流速則可以達(dá)到0.5 m s-1以上；并且，夏季流速要大于冬季。冬、夏季，黑潮流域200 m 深度以淺的經(jīng)向流速在1958～2008 年間均有顯著的加強(qiáng)的趨勢(shì)，且深度越淺變化趨勢(shì)越大。圖6 為源地黑潮（18°N 斷面）經(jīng)向流量的年際和年代際變化。從圖中可以更易看出，源地黑潮（18°N 斷面）經(jīng)向流量在1976/77 年后有增強(qiáng)趨勢(shì)。雖然黑潮經(jīng)過(guò)23°N 斷面的流量一般小于18°N 斷面，這主要是因?yàn)樵吹睾诔保?8°N 斷面）北流過(guò)程中，一部分通過(guò)呂宋海峽進(jìn)入南海，另一部分作為主干繼續(xù)北上。但由于23°N 斷面的經(jīng)向流量可反映黑潮經(jīng)向輸運(yùn)對(duì)東中國(guó)海影響的流量指標(biāo)。因此，從圖5、6 所示的黑潮經(jīng)向流量的長(zhǎng)期趨勢(shì)可看出，自1970 年中后期黑潮暖水向北輸運(yùn)增強(qiáng)，有利于從臺(tái)灣海峽到東中國(guó)海的變暖趨勢(shì)。

此外，圖6 還顯示，黑潮的經(jīng)向熱輸送也有顯著的年代際和年際變化特征，尤其是黑潮的經(jīng)向輸運(yùn)在1970 年代中后期開始明顯增加，并持續(xù)至1990 年代中期達(dá)到頂峰，在1990 年代末期后至2004 年左右黑潮的經(jīng)向輸送量出現(xiàn)減弱，2004 年后又有增加的現(xiàn)象（蔡榕碩等, 2013, 2015; 齊繼峰等, 2014 ），這與全球海洋和中國(guó)近海海溫的年代際變化也是基本一致的。

值得關(guān)注的還有東亞季風(fēng)和黑潮對(duì)中國(guó)近海SST 的共同影響機(jī)制。圖7 為1958～2008 年中國(guó)近海冬季上30 m 層流場(chǎng)氣候態(tài)分布及冬季上30 m層流場(chǎng)對(duì)東亞冬季風(fēng)低層風(fēng)場(chǎng)PC1 回歸的空間分布。如圖4a、b 所示，東中國(guó)海（渤海、黃海和東海）的年代際升溫除了與圖4b 中風(fēng)場(chǎng)PC1 代表的東亞季風(fēng)年代際減弱明顯相關(guān)外，還與圖7b 紅色箭頭所示的黑潮暖水入侵東中國(guó)海陸架的分支及經(jīng)過(guò)呂宋海峽進(jìn)入南海北部的黑潮支流有密切關(guān)系。換言之，黑潮暖水入侵東海陸架海域和南海北部有利于中國(guó)東部海域的年代際升溫。這是因?yàn)橹袊?guó)東部海域上空東亞冬季風(fēng)（西北風(fēng)）年代際減弱產(chǎn)生的?？寺‥kman）流（向南）變?nèi)?，從而有利于黑潮入侵東海陸架海域，進(jìn)而對(duì)SST 年代際的上升有顯著貢獻(xiàn)。同樣，由于東亞夏季風(fēng)向朝北，當(dāng)東亞夏季風(fēng)處于年代際減弱時(shí)，其產(chǎn)生向東的?？寺饕蔡幱跍p弱中，有助于黃海逆時(shí)針環(huán)（暖）流的加強(qiáng)（圖略），也有利于黑潮暖水入侵東中國(guó)海及SST 的上升（Cai et al., 2017）。

3.2 變暖影響

3.2.1 變暖對(duì)物候的影響

IPCC AR6 指出，氣候變暖已經(jīng)嚴(yán)重影響海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)，包括海洋生物的繁殖、生長(zhǎng)和遷徙等生命周期，以及物種的地理分布和季節(jié)性演替規(guī)律等（Cooley et al., 2022）。其中，海洋的升溫變暖將引起海洋地理等溫線的變遷，而海洋地理等溫線的移動(dòng)速度和方向是與生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性緊密相關(guān)的氣候關(guān)鍵指標(biāo)。這是因?yàn)閷?duì)于海洋生物而言，跟隨等溫線移動(dòng)才能保持其生態(tài)位并適應(yīng)溫度的變化（Burrows et al., 2011）。海溫升高使得海洋地理等溫線向極區(qū)方向移動(dòng)。研究表明，自1960 年以來(lái)，全球海洋氣候變化速度為21.7 km/10a，其中，熱帶海域和北極/亞北極氣候變化速度要顯著高于其他海區(qū)。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，熱帶海域魚類等游泳動(dòng)物的遷移速度最快，平均向極移動(dòng)速度達(dá)到59.2±15.5 km/10a，這與等溫線的氣候變化速率較為一致（Cooley et al., 2022）。

按照蔡榕碩和付迪（2018）的研究方法，本研究基于高分辨率的ERA5 海溫再分析資料，更新了中國(guó)近海冬、夏季地理等溫線移動(dòng)速度的分布圖（圖8）。結(jié)果表明，1960～2022 年，中國(guó)近海地理等溫線普遍沿著梯度方向朝北方移動(dòng)，即地理等溫線已偏離自然氣候條件下的位置而向原來(lái)溫度相對(duì)較低但現(xiàn)在明顯變暖的海域遷移；并且，低緯度海區(qū)的地理等溫線移動(dòng)速率要明顯高于較高緯度的海區(qū)，這是因?yàn)榈途暥群^(qū)的溫度梯度較小（公式2），導(dǎo)致中國(guó)近海逐步出現(xiàn)熱帶化的現(xiàn)象。同時(shí)，地理等溫線還有朝著海岸線方向移動(dòng)的趨勢(shì)，如南海的等溫線向西北方向移動(dòng)，而東海的等溫線則跨越陸架海區(qū)向岸線移動(dòng)。在黑潮流域，由于主流區(qū)域海溫較高，溫度梯度向兩側(cè)遞減，等溫線因而也向兩側(cè)方向遷移。盡管東中國(guó)海冬季升溫趨勢(shì)顯著，但由于溫度梯度較大，等溫線移動(dòng)的速率僅約20 km/10a（圖8a），與全球平均水平相當(dāng)。夏季，由于溫度梯度相對(duì)較小，等溫線移動(dòng)速率明顯增大，超過(guò)50 km/10a，并向黃海、渤海方向移動(dòng)（圖8b）。

海溫的普遍上升還導(dǎo)致季節(jié)性物候發(fā)生明顯變化。圖9 為中國(guó)近海春、秋季物候的變遷情況，正值和負(fù)值分別表示提前和推遲時(shí)間（天）。由于顯著的升溫趨勢(shì)，1960～2022 年，東中國(guó)海近岸海域（從臺(tái)灣海峽北部到黃海）春季提前了5 d/10a以上，南海北部平均提前2～3 d/10a，而南海東部及南部平均春季的時(shí)間提前3 d/10a 以上（圖9a）。秋季，東中國(guó)海和南海北部近岸大部分海域平均推后3～5 d/10a。需要指出的是，由于熱帶海域較低的季節(jié)內(nèi)變率，計(jì)算獲得的季節(jié)性物候變遷速率偏高，絕對(duì)值超過(guò)20 d/10a （圖9b 陰影），該區(qū)域的部分結(jié)果可能具有較大的不確定性（Burrows et al., 2011）?？傮w而言，氣候變暖背景下中國(guó)近海大部分海區(qū)的物候春季提前和秋季推遲，這表明了溫暖期的延長(zhǎng)和寒冷期的縮短。

圖9 1960～2022 年中國(guó)近海（a）春季（4 月）和（b）秋季（10 月）的季節(jié)變遷速率（單位：d/10a ）。正值（負(fù)值）表示提前（推遲）時(shí)間；圖b 斜線區(qū)域表示不確定性較大的區(qū)域。修改自蔡榕碩和付迪（2018）；采用ERA5 數(shù)據(jù)更新至2022 年。Fig.9 Speed (units: d/10a) for the seasonal shift in the (a) spring (April) and (b) autumn (October) in coastal China seas during 1960-2022.Positive(negative) values denote the timing of advancement (delay).The areas with diagonal lines in Fig.b indicate large uncertainty.Modified from Cai and Fu(2018); updated to 2022 using ERA5.

3.2.2 變暖對(duì)生態(tài)的影響

全球海洋從沿岸到近海、大洋分布有各種各樣的生態(tài)系統(tǒng)。然而，氣候變化的影響正在加劇。預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末，幾乎所有類型的海洋和海岸帶生態(tài)系統(tǒng)都將處于高或很高的風(fēng)險(xiǎn)水平（Bindoff et al.,2019; 蔡榕碩等, 2020a, 2022a）。其中, 有的變異是由緩發(fā)性的升溫變暖引起的，如物種地理分布的變遷和海洋初生產(chǎn)力的變化，而有的災(zāi)害則主要由突發(fā)性頻繁發(fā)生的極端高海溫事件所導(dǎo)致，如暖水珊瑚大規(guī)?；谆⑺劳?。中國(guó)近海變暖背景下地理等溫線的遷移和季節(jié)性物候的改變對(duì)海洋生物及生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。一般而言，海洋生物為了保持其生態(tài)位而需要處于最適溫度區(qū)間。地理等溫線的遷移意味著海洋生物為適應(yīng)海洋變暖而將隨其遷移而移動(dòng)，這將改變海洋生物的地理空間分布以及區(qū)域內(nèi)海洋生物的群落結(jié)構(gòu)、物種豐富度和多樣性等。海水變暖引起的春季物候提前促使浮游生物群落在傳統(tǒng)的春季之前開始更替，并為浮游植物水華（藻華）的頻繁暴發(fā)提供了必要的生物條件。浮游植物是地球生物的重要組成部分，但頻繁暴發(fā)的藻華如赤潮、綠潮等也會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和漁業(yè)生物資源等構(gòu)成嚴(yán)重威脅。對(duì)于浮游植物而言，在近岸營(yíng)養(yǎng)鹽充足的條件下（富營(yíng)養(yǎng)化），春季海水的提早變暖有利于水體中藻類的生長(zhǎng)，其中甲藻數(shù)量增速快于硅藻，微型浮游植物迅速演替為優(yōu)勢(shì)種（蔡榕碩, 2010; 唐森銘等, 2017; 蔡榕碩等, 2022a）。而浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的變化，如暖溫種豐度的提前消退，降低了對(duì)浮游植物的攝食壓力，使得浮游植物和浮游動(dòng)物之間的食物鏈和生物量等失衡，并且前冬低空風(fēng)場(chǎng)的減弱有利于近岸海水營(yíng)養(yǎng)鹽的累積，為翌年春、夏季浮游植物的暴發(fā)性增殖提供了充分必要的基礎(chǔ)條件，而近岸浮游植物的藻華也極易隨之形成并頻繁暴發(fā)（蔡榕碩, 2010; Xu et al., 2011;蔡榕碩等, 2022a; Guo et al., 2023）。

其次，海洋變暖使得海水中的溶解氧更易釋出，并增強(qiáng)海水的層結(jié)，阻礙表層氧氣向下層輸送，引起溶解氧濃度下降（Huang et al., 2018），并且大規(guī)模藻華的頻繁暴發(fā)還將進(jìn)一步加劇底層水體缺氧，使得對(duì)氧氣有較高需求的海洋生物（如游泳動(dòng)物）更易因缺氧而窒息死亡。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)長(zhǎng)江口和珠江口外海域均存在季節(jié)性的低氧區(qū)，面積有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)（Wei et al., 2017）, 并造成嚴(yán)重的海洋經(jīng)濟(jì)損失（蔡榕碩等, 2020b）。上述研究也顯示，隨著氣候變暖的加劇，未來(lái)海洋氣候環(huán)境條件的變化將更有利于有害藻華和赤潮藻物種如甲藻的增殖。換言之，海洋變暖為有害藻華的暴發(fā)提供了更有利的基礎(chǔ)條件。例如，與歷史時(shí)期相比，預(yù)計(jì)到2040 年代，由于海洋升溫、海面風(fēng)場(chǎng)變?nèi)鹾痛杭疚锖蛱崆暗仍?，使得長(zhǎng)江口附近海域浮游植物有害藻華的發(fā)生有突破氣候臨界點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，暴發(fā)頻次可能發(fā)生躍變式的增加，并產(chǎn)生一系列不可逆且當(dāng)前還難以量化的生態(tài)災(zāi)害（蔡榕碩等, 2022a;Guo et al., 2023）。因此，季節(jié)性物候的變遷除影響浮游動(dòng)植物優(yōu)勢(shì)種的演替發(fā)生異常以及浮游動(dòng)植物之間攝食平衡外，還將通過(guò)食物鏈進(jìn)一步影響到游泳動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)。

此外，季節(jié)性物候的變遷正在并將繼續(xù)影響漁業(yè)資源的主要組分即游泳動(dòng)物的生物學(xué)特征、種群數(shù)量以及空間分布與群落結(jié)構(gòu)，包括物種北移、繁殖季節(jié)提前、產(chǎn)卵和洄游時(shí)間的改變等。其中，黃海冷溫性魚類如大頭鱈分布的北移，冷溫性漁業(yè)資源種群密度下降，分布區(qū)明顯萎縮（蔡榕碩等,2022b）。海洋變暖背景下本地物種外移后的缺位以及外來(lái)物種的入侵，將對(duì)局地乃至區(qū)域的漁業(yè)資源和海水養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)較大的影響。例如，原本分布于赤道附近海域的熱帶暖水種蘇門答臘金線魚（Nemipterus mesoprion）已可在南海北部灣觀測(cè)到（黃梓榮和王躍中, 2009）；臺(tái)灣海峽也頻繁發(fā)現(xiàn)熱帶海域南海暖水種，1986～1997 年閩南—臺(tái)灣淺灘漁場(chǎng)的暖溫性和暖水性魚類的比例分別下降或升高10%～20%（戴天元, 2004）；在中緯度海域，隨著冷水性物種的棲息地的縮小或北退，黃海小黃魚種群也已觀測(cè)到向北遷移等（李忠爐等, 2012;Ma et al., 2019），黃海魚類群落暖溫性優(yōu)勢(shì)種分布區(qū)明顯北移（ 單秀娟等, 2017）。

未來(lái)隨著海洋持續(xù)變暖，中國(guó)近海絕大多數(shù)魚類的棲息地范圍將向北移動(dòng)，魚類物種豐富度的分布格局將可能有較大變化，物種的周轉(zhuǎn)或演替構(gòu)成了時(shí)間尺度上物種多樣性變化的主要組分（Hu et al., 2022）。東中國(guó)海的主要漁業(yè)資源中心還將繼續(xù)北移，而黃海、渤海的重要冷溫性漁業(yè)資源如大頭鱈和玉筋魚等重要種類將進(jìn)一步衰退，甚至枯竭，而主要分布于黃海和東海的重要漁業(yè)經(jīng)濟(jì)種如藍(lán)點(diǎn)馬鮫和三疣梭子蟹的棲息地也將北移并有縮小的風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)江口和黃河口漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康水平將明顯降低（蔡榕碩等, 2020b, 2022b; Liu et al., 2022; Yan et al., 2022）。然而，大部分海洋生物的遷移終將受到海岸線的阻隔，遷徙的生物在到達(dá)陸海分界線之后將“無(wú)處可去”，最終可能因無(wú)法適應(yīng)海水溫度的持續(xù)上升而在本地區(qū)內(nèi)消失或滅絕（Burrows et al., 2011; Cooley et al., 2022）。

3.3 海洋熱浪

中國(guó)近海顯著的升溫變暖也是導(dǎo)致海洋熱浪頻繁發(fā)生的重要成因（繆予晴等, 2021; Yao et al.,2020; 王慶元等, 2021; Li et al., 2023a）。然而，相對(duì)于相鄰中國(guó)東部大陸上的高溫?zé)崂?，海洋熱浪受到的關(guān)注較少，但其影響卻愈發(fā)嚴(yán)重（蔡榕碩等,2022b）。2016 年8 月，東中國(guó)海發(fā)生了破紀(jì)錄的極端海洋熱浪，區(qū)域平均的SST 上升幅度超過(guò)2°C（2 倍標(biāo)準(zhǔn)差），28.5°C 等值線北伸至36°N ，接近山東半島，為有記錄以來(lái)的最北端（Tan and Cai, 2018）。隨后，2017 和2018 年的夏季，東中國(guó)海又連續(xù)2 年發(fā)生嚴(yán)重的夏季海洋熱浪（Gao et al., 2020; Yan et al., 2020）；2022 年夏季，東中國(guó)海再次暴發(fā)極端海洋熱浪（Tan et al., 2023）。持續(xù)的極端海洋熱浪對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響并給近岸海水養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失（蔡榕碩等, 2020b; Li et al., 2022）。2020 年夏季，南海也發(fā)生了長(zhǎng)時(shí)間的海洋熱浪，熱浪天數(shù)超過(guò)60 天，并造成了北部灣潿洲島、海南島西北部近岸和西沙群島等海域珊瑚的大規(guī)模白化和死亡（Feng et al.,2022; Lyu et al., 2022）。

3.3.1 海洋熱浪的演變特征

圖10 為基于1982～2022 年高分辨率逐日衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（OISST）計(jì)算獲得的中國(guó)近海海洋熱浪持續(xù)時(shí)間和平均強(qiáng)度的氣候態(tài)分布及變化趨勢(shì)。由此可以看出，南海北部（尤其是北部灣）和東海的長(zhǎng)江口鄰近海域是海洋熱浪發(fā)生最頻繁的海區(qū)，平均每年發(fā)生熱浪的天數(shù)達(dá)25 天以上（圖10a）。在海洋熱浪發(fā)生的強(qiáng)度方面，中國(guó)近岸海域尤其是北部灣、臺(tái)灣海峽、長(zhǎng)江口及黃渤海區(qū)普遍較強(qiáng)，熱浪平均強(qiáng)度超過(guò)2°C（圖10b）。1982～2022 年，中國(guó)近海海洋熱浪的發(fā)生頻率和強(qiáng)度表現(xiàn)出顯著的增強(qiáng)趨勢(shì)。南海北部和東海大部分海區(qū)熱浪發(fā)生天數(shù)和強(qiáng)度平均每十年增加20～30 天和1°C（圖10c、d），這與最近四十年來(lái)全球表面溫度幾乎每十年就上升一個(gè)臺(tái)階（即相對(duì)于工業(yè)革命前，升溫0.48°C、0.70°C、0.82°C、1.09°C）基本同步（IPCC，2021）。并且，中國(guó)近海發(fā)生的海洋熱浪變得持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、范圍更廣、強(qiáng)度更大（圖10、11）。特別是，最近十年（2010～2019 年期間）東中國(guó)海、南海5～9 月海洋熱浪平均發(fā)生頻率的百分比為20.0%和36.2%，分別是1980 年代（1982～1989 年，1.0%和7.8%）的20 倍和4 倍。2015 年以后，中國(guó)近海海洋熱浪似乎進(jìn)入了一個(gè)高發(fā)期，其中，2016、2017、2020、2021 和2022 年，東中國(guó)海海洋熱浪年發(fā)生天數(shù)均超過(guò)50 天，并以春季和夏季最為顯著（圖11a），而2020～2022 年?yáng)|中國(guó)海夏季海洋熱浪更是激增至平均20 d/a（圖10、11）。類似的，自2015 年以來(lái)，南海的海洋熱浪年發(fā)生天數(shù)也進(jìn)入一個(gè)連續(xù)的高發(fā)期（圖11b）。與此同時(shí)，與海洋熱浪相反的是海洋極端冷事件的發(fā)生頻率正在急劇減少，強(qiáng)度也在趨于減弱（Yao et al.,2022; Li Y et al., 2023a）。

圖11 1982～2022 年?yáng)|中國(guó)海和南海（a，b）海洋熱浪持續(xù)天數(shù)的四季長(zhǎng)期變化以及（c，d）5～9 月海洋熱浪年代際頻率百分比和海溫異常（相對(duì)于1982～2011）變化。Fig.11 (a, b) Seasonal series of marine heatwave duration, (c, d) decadal frequency percentage, and sea surface temperature anomalies in East China seas and South China Sea during 1982-2022.

3.3.2 海洋熱浪的發(fā)生機(jī)制

海洋熱浪的形成原因眾多，機(jī)制較為復(fù)雜。不同海域海洋熱浪發(fā)生機(jī)制差別較大，即便同一海域，每次發(fā)生海洋熱浪的原因也可能不同。但大致可分為兩類：一是大氣強(qiáng)迫，二是海洋動(dòng)力過(guò)程（Holbrook et al., 2019; 胡 石 建 和 李 詩(shī) 翰, 2022）。大氣強(qiáng)迫主要包括太陽(yáng)輻射、感熱、潛熱和風(fēng)應(yīng)力等。海洋動(dòng)力過(guò)程包括海流異常導(dǎo)致的暖平流增強(qiáng)、混合層變淺和海洋層結(jié)增強(qiáng)、上升流減弱和Ekman 抽吸等。中國(guó)近海夏季同時(shí)處于強(qiáng)大的西太平洋副熱帶高壓系統(tǒng)（副高）和海洋副熱帶西邊界流黑潮的共同影響下，大氣強(qiáng)迫和海洋動(dòng)力過(guò)程均非常重要。一方面，在副高控制區(qū)域內(nèi)，云層稀薄、風(fēng)力減弱，使得更多的太陽(yáng)短波輻射抵達(dá)海洋表面，加熱上層海洋；同時(shí)海面風(fēng)場(chǎng)減弱又會(huì)抑制海洋上層的混合和蒸發(fā)，導(dǎo)致海洋上層層化加強(qiáng)和混合層變淺，有利于熱量快速聚集，容易引起熱浪發(fā)生。另一方面，在大氣低層異常的反氣旋環(huán)流影響區(qū)內(nèi)，由于Ekman 效應(yīng)有利于黑潮暖水入侵中國(guó)近海，同時(shí)上層海洋異常的反氣旋環(huán)流使得熱量在近海區(qū)域輻聚，從而導(dǎo)致海洋熱浪得到進(jìn)一步的維持（圖12、圖13）。

圖12 東中國(guó)海夏季7～8 月海洋熱浪發(fā)生時(shí)的大尺度SST 異常（填色，單位：°C）、850 hPa 風(fēng)場(chǎng)異常（矢量，單位：m s-1）和500 hPa副高5860 等值線（藍(lán)色實(shí)線， 綠色實(shí)線為氣候平均）的合成分析, 選擇的10 個(gè)負(fù)位相IOD 年（月平均IOD 指數(shù)小于-0.5°C）為 2022、2021、2016、2013、2010、2004、2001、1998、1996 和 1990 年，異常相對(duì)于1982～2011 年，打點(diǎn)區(qū)域?yàn)楹禺惓Ｐ哦雀哂?0%的區(qū)域。引自Tan et al.（2023）。Fig.12 Composited differences in the sea surface temperature anomaly during July-August (color, units: °C), 850 hPa wind anomalies (vector, units:m s-1), and 500 hPa contour line for 5860 gpm (blue line, green line denotes climate mean) between ten cases of significant negative IOD events,defined as monthly IOD index of less than -0.5°C (including 2022, 2021, 2016, 2013, 2010, 2004, 2001, 1998, 1996, and 1990) and climatological mean condition.Dots denote SST anomalies above the 90% confidence level.Cited from Tan et al.(2023).

圖13 夏季大尺度SST 異常（填色，單位：°C）、850 hPa 風(fēng)場(chǎng)異常（矢量，單位：m s-1）和500 hPa 副高5880 gpm 等值線的合成分析，選擇6 個(gè)厄爾尼諾衰減年（1983、1988、1998、2010、2015、2016 年）和拉尼娜衰減年（1985、1989、1999、2000、2008、2011 年），藍(lán)色（綠色）實(shí)線為厄爾尼諾（拉尼娜）年副高5880 gpm 等值線，打點(diǎn)區(qū)域?yàn)楹禺惓Ｐ哦雀哂?0%的區(qū)域。引自Tan et al.（2022）。Fig.13 Composited differences in the summer sea surface temperature (SST) anomaly (color, units: °C) and 850 hPa wind anomalies (vector, units:m s-1) between six El Ni?o decay years (1983, 1988, 1998, 2010, 2015, and 2016) and six La Ni?a decay years (1985, 1989, 1999, 2000, 2008, and 2011).The blue (green) line represents the 5880-gpm contour line at 500 hPa during El Ni?o (La Ni?a).Dots denote SST anomalies over 90%confidence level.Cited from Tan et al.(2022).

誘發(fā)海洋熱浪發(fā)生的局地海洋和大氣過(guò)程還受到氣候系統(tǒng)內(nèi)部模態(tài)和人類活動(dòng)排放溫室氣體造成的長(zhǎng)期升溫趨勢(shì)的影響。大尺度氣候系統(tǒng)模態(tài)，如ENSO、印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole，IOD）和大氣季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）均可以通過(guò)大氣強(qiáng)迫或遙相關(guān)對(duì)局地海洋熱浪的形成產(chǎn)生影響（張小娟和鄭飛, 2022）。南海海洋熱浪具有明顯的年際變化特征，并與ENSO 關(guān)系密切。在El Ni?o 發(fā)生次年的夏季，南海通常會(huì)發(fā)生大規(guī)模的極端海洋熱浪（如1998、2010 和2016 年）；而在La Ni?a次年的夏季，較少發(fā)生（如1989、1999、2000 和2011 年）（圖13）。在El Ni?o 達(dá)到成熟期的第二年夏季熱帶西太平洋溫躍層變淺、開爾文波傳播和上升流減弱等海洋動(dòng)力過(guò)程可為南海海洋熱浪事件的發(fā)生創(chuàng)造有利的條件（Yao and Wang, 2021;Liu et al., 2022）。并且，全球變暖背景下，南海平均溫度的上升將進(jìn)一步抬升該海域海洋熱浪發(fā)生的強(qiáng)度和頻率。因此，即便是較弱的El Ni?o 事件也能導(dǎo)致極端海洋熱浪的發(fā)生，如2015 年夏季。相對(duì)而言，東中國(guó)海海洋熱浪的暴發(fā)可能與El Ni?o的發(fā)生有一定關(guān)系，但與熱帶印度洋海溫異常（IOD）的關(guān)系可能更為密切（Tan and Cai, 2018;Li et al., 2022）。例如，在連續(xù)三年的La Ni?a 事件之后（該事件通常認(rèn)為可導(dǎo)致海表面溫度下降，Boening et al., 2012），在2022 年夏季東中國(guó)海依然暴發(fā)了極端海洋熱浪事件（Tan et al., 2023）。這是因?yàn)闊釒в《妊蟠耗┫某醢l(fā)展的偶極子事件通過(guò)濕絕熱調(diào)整激發(fā)出暖性開爾文波并向東傳播，使得熱帶東南印度洋印度尼西亞蘇門答臘島附近海域顯著升溫，異常升溫產(chǎn)生的強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)可通過(guò)Matsuno-Gill（Matsuno, 1966; Gill, 1980）響 應(yīng)，而引起西北太平洋海域上空反氣旋環(huán)流北移并控制東中國(guó)海區(qū)域，從而有利于海洋熱浪的發(fā)生（圖12）（Xiao et al., 2020; Li et al., 2022; Tan et al., 2023）。在El Ni?o 的衰退期，大氣低層的反氣旋環(huán)流控制著南海的大部分海域和東海南部部分海域，除了有利于太陽(yáng)輻射直接對(duì)海洋產(chǎn)生加熱作用外，還抑制了對(duì)流活動(dòng)，并且大氣反氣旋環(huán)流分別引起南海和黃海、渤海的反氣旋海流，增強(qiáng)了熱帶海域暖流向南海中北部的輸運(yùn)，以及東中國(guó)海北部海水向南的傳輸，前者增加了南海上層熱量的堆積及海洋熱浪發(fā)生的強(qiáng)度和頻率，而后者則反之（圖13）。因此，21 世紀(jì)以來(lái)，特別是2015 年以后El Ni?o 事件的增多增強(qiáng)有利于南海極端海洋熱浪的發(fā)生。

此外，由人類活動(dòng)排放的溫室氣體造成的海洋平均溫度的上升也增加了海洋熱浪發(fā)生的頻率和強(qiáng)度。Li D L et al.（2023）通過(guò)對(duì)發(fā)生于2021 年7月西北太平洋破紀(jì)錄的極端海洋熱浪的歸因研究指出，人為強(qiáng)迫引起的平均溫度增加使得該極端海洋熱浪發(fā)生的頻率增加40 多倍。

3.4 熱浪影響

相對(duì)于緩發(fā)性的海洋變暖而言，海洋熱浪是突發(fā)性的極端高海溫事件，兩者對(duì)海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)均有顯著的影響，但又有較明顯的差異。例如，前者可引起海洋物候和生物氣候的變化，并造成海洋生物及生態(tài)系統(tǒng)的緩發(fā)性變異，而后者則經(jīng)常導(dǎo)致突發(fā)性的生態(tài)災(zāi)害，包括海洋生物死亡，如珊瑚大規(guī)模的嚴(yán)重白化和死亡、赤潮等有害藻華的暴發(fā)，以及海水養(yǎng)殖業(yè)的災(zāi)害，以及嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失（蔡榕碩等, 2020b）。以下重點(diǎn)關(guān)注暖水珊瑚礁面臨的問(wèn)題。

暖水珊瑚礁主要分布于南北緯約30°之間的熱帶和亞熱帶淺水海域，對(duì)于全球環(huán)境與生態(tài)和人類社會(huì)有極其重要的意義。一方面，珊瑚礁僅占海洋底床面積的約0.1%，但卻為超過(guò)25%的海洋生物提供庇護(hù)所，并為人類社會(huì)提供可持續(xù)食物、生計(jì)和收入等生態(tài)價(jià)值，包括生物資源、礦物材料、環(huán)境調(diào)節(jié)、文化娛樂(lè)、海岸防護(hù)以及國(guó)土安全等服務(wù)功能。因此，全球雖僅約有2.75 億人口生活在距離珊瑚礁30 千米的范圍內(nèi)，但珊瑚礁的資源支持著全球至少5 億人的生計(jì)（Hoegh-Guldberg, et al.,2014）。另一方面，珊瑚礁也是地球上最脆弱的生態(tài)系統(tǒng)之一。特別是，近四十年來(lái)全球造礁珊瑚消失了約13.5%，約11700 km2，而藻類數(shù)量卻增加了約20%，大規(guī)模珊瑚白化愈發(fā)頻繁，珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)已處于明顯的退化當(dāng)中（Souter et al., 2021）。其中，除了人類活動(dòng)的破壞，頻繁發(fā)生的海洋熱浪是全球和我國(guó)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)衰退的重要原因（蔡榕碩等, 2021a; Cooley et al., 2022）。珊瑚礁是由無(wú)數(shù)的珊瑚蟲的碳酸鈣骨骼在數(shù)百至數(shù)千年中形成的。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)則由造礁珊瑚蟲、藻類和其他造礁生物共同構(gòu)成。其中，珊瑚蟲及其蟲黃藻之間的共生關(guān)系尤其密切，蟲黃藻通過(guò)光合作用為珊瑚蟲提供豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣，并清除造礁珊瑚生長(zhǎng)過(guò)程中的代謝廢物。但是，在海洋環(huán)境條件劇變的影響下，如極端高海溫事件的頻繁發(fā)生可破壞珊瑚宿主與蟲黃藻之間的共生關(guān)系。當(dāng)珊瑚失去體內(nèi)共生的蟲黃藻或無(wú)法恢復(fù)共生關(guān)系時(shí)，將導(dǎo)致珊瑚組織中蟲黃藻的密度急劇下降，珊瑚蟲也將失去主要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量來(lái)源；與此同時(shí)，珊瑚蟲也將因失去共生的蟲黃藻及體內(nèi)色素而暴露出白色骨骼，從而由五彩繽紛變?yōu)榘咨?，即珊瑚白化或者死亡。例如?998 年極端ENSO 事件中，異常的高海溫導(dǎo)致全球珊瑚礁發(fā)生大面積白化，甚至死亡，其中印度洋中部超90%的珊瑚發(fā)生白化；2016～2017 年，澳大利亞大堡礁約有一半的造礁珊瑚因海洋熱浪的影響發(fā)生白化或死亡，直接導(dǎo)致了造礁石珊瑚覆蓋率大幅降低、魚類等敏感物種減少、群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變等（Hughes et al., 2017）。此外，海洋熱浪還會(huì)對(duì)浮游植物、海草、大型海藻、海鳥和大型海洋哺乳動(dòng)物等產(chǎn)生不利影響。例如，2016 年阿拉斯加海洋熱浪導(dǎo)致當(dāng)?shù)匕l(fā)生大規(guī)模藻華事件，有毒藻類使得大量貝類中毒并最終導(dǎo)致大量海鳥中毒死亡（Walsh et al., 2018）。

觀測(cè)表明，過(guò)去幾十年來(lái)，中國(guó)大陸和海南島的近岸珊瑚消失了80%，而在南海群島和環(huán)礁上的珊瑚平均覆蓋率則從60%以上下降到了20%左右（Hughes et al., 2013）。Yu et al.（2006）通過(guò)對(duì)南沙群島死亡塊狀濱珊瑚的高精度年代測(cè)定，發(fā)現(xiàn)過(guò)去200 多年來(lái)南沙群島發(fā)生了多次大規(guī)模珊瑚死亡事件, 并指出這很可能是由于高海溫引起的珊瑚白化所致。近年來(lái)，在中國(guó)南海諸島（如南沙、西沙群島）和近岸海域（如海南三亞、臺(tái)灣墾丁等地）均發(fā)現(xiàn)有不同程度的珊瑚白化（Li et al., 2012;Keshavmurthy et al., 2019）。例如，2020 年夏季南海海洋熱浪導(dǎo)致了北部灣潿洲島、徐聞等地近岸80%以上的珊瑚發(fā)生白化（Lyu et al., 2022; Feng et al., 2022）。此外，海洋熱浪還影響到了中國(guó)近岸海水養(yǎng)殖業(yè)。2018 年8 月，中國(guó)黃、渤海發(fā)生極端海洋熱浪事件，其中黃海北部的長(zhǎng)山群島附近海域SST 超過(guò)26°C（最大強(qiáng)度高于氣候平均值5°C），并且持續(xù)時(shí)間超過(guò)20 天。本次事件導(dǎo)致養(yǎng)殖海參大面積死亡，造成經(jīng)濟(jì)損失約150 億人民幣（Li et al., 2023b）。

3.5 未來(lái)趨勢(shì)

IPCC 報(bào)告指出，由人類活動(dòng)排放大量CO2等溫室氣體引起的氣候變化已經(jīng)使得全球海洋的物理、化學(xué)性質(zhì)和生物生態(tài)發(fā)生了顯著的變化，如海洋升溫、海水酸化和缺氧、初級(jí)生產(chǎn)力降低等；并且，這種變化還將持續(xù)下去（Cooley et al., 2022; IPCC,2021, 2023）。第五次國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃（CMIP5）地球系統(tǒng)模式結(jié)果表明，變暖將是不同溫室氣體排放濃度情景下未來(lái)百年中國(guó)近海的主要特征，并且東中國(guó)海的升溫幅度將明顯高于南海。在溫室氣體低、中等和高排放濃度情景（RCP2.6、4.5 和8.5）下，相對(duì)于1980～2005 年平均，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末期，東中國(guó)海SST 將分別升高0.74°C、1.75°C 和3.24°C（圖14，Tan et al., 2020）。海溫上升還將引起海水中的氧溶解度降低和層化加強(qiáng)以及營(yíng)養(yǎng)鹽交換減弱，導(dǎo)致海洋初級(jí)生產(chǎn)力下降（蔡榕碩等,2022）。未來(lái)中國(guó)近海的酸化程度與溫室氣體排放情景濃度幾乎呈現(xiàn)高比例的線性關(guān)系，但是東中國(guó)海pH 下降的幅度將超過(guò)南海。綜上，未來(lái)中國(guó)近海尤其是東中國(guó)海將同時(shí)暴露于強(qiáng)烈的升溫、酸化、缺氧和初級(jí)生產(chǎn)力降低等的共同影響下，這將加劇中國(guó)近海面臨的氣候風(fēng)險(xiǎn)。

圖14 2006～2100 年RCP2.6、RCP4.5 和RCP8.5 情景下東中國(guó)海和南海（a，b）海表溫度、（c，d）溶解氧（DO）、（e，f）海水pH 和（g，h）凈初級(jí)生產(chǎn)力年平均的時(shí)間變化序列，陰影顏色為25%～75%的模式間偏差。修改自Tan et al.（2020）。Fig.14 Time series of (a, b) sea surface temperature, (c, d) dissolved oxygen (DO), (e, f) sea water pH, and (g, h) net primary production (NPP) in East China seas and the South China Sea under RCP 2.6, RCP 4.5, and RCP 8.5 during 2006-2100.Modified from Tan et al.(2020).

隨著溫室氣體濃度的持續(xù)增加，未來(lái)全球海洋熱浪的強(qiáng)度和持續(xù)天數(shù)都將顯著增加。很多海區(qū)甚至可能將出現(xiàn)常態(tài)化的海洋熱浪現(xiàn)象。預(yù)估表明，RCP8.5 情景下，到本世紀(jì)末期，全球升溫3.5°C的情景下，全球海洋熱浪出現(xiàn)的平均頻率將達(dá)到工業(yè)化前水平的41 倍，熱浪的空間范圍將增加21 倍（Fr?licher et al., 2018）；并且，海洋熱浪的發(fā)生頻率將幾乎是RCP4.5 情景的2 倍（Oliver et al.,2019）。在中國(guó)近海未來(lái)進(jìn)一步升溫的情景下，中國(guó)近海也將面臨更為嚴(yán)重的海洋熱浪的影響。例如，相對(duì)于工業(yè)革命化前（1850～1900 年），到21 世紀(jì)末期，渤海、黃海海洋熱浪的年發(fā)生天數(shù)將超過(guò)300 天（RCP4.5）和350 天（RCP8.5），意味著上述區(qū)域極端高溫海事件將接近飽和，面臨著發(fā)生常態(tài)化的海洋熱浪的風(fēng)險(xiǎn)（Yao et al., 2020）。其中，在全球升溫2°C 情景下，2022 年夏季東中國(guó)海暴發(fā)的極端海洋熱浪事件重現(xiàn)期將可能縮短至幾年一遇（Tan et al., 2023）。換言之，當(dāng)前偶發(fā)的海洋熱浪在未來(lái)可能成為常態(tài)，這將給大多數(shù)的海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)災(zāi)難性的影響。因此，未來(lái)全球升溫下海洋熱浪的變化將嚴(yán)重威脅海洋生態(tài)系統(tǒng)。另外，需要指出的是，目前多數(shù)海洋熱浪未來(lái)變化的預(yù)估研究都是采用基于當(dāng)前歷史時(shí)期的閾值標(biāo)準(zhǔn)，由人為溫室氣體排放引起的平均溫度上升會(huì)直接增加未來(lái)海洋熱浪發(fā)生的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，而未來(lái)平均海溫的變率可能并未發(fā)生很大變化（Oliver et al., 2021）。因此，有研究建議采用動(dòng)態(tài)的閾值標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估海洋熱浪的變化趨勢(shì)（Jacox,2019）。

最近的研究顯示，當(dāng)前的升溫幅度（1.1°C，相對(duì)于工業(yè)革命時(shí)期）已使得全球五個(gè)氣候臨界點(diǎn)處于觸發(fā)的危險(xiǎn)期，包括格陵蘭冰蓋、西南極冰蓋、低緯珊瑚礁系統(tǒng)、北半球凍土以及巴倫支海海冰，并且隨著全球變暖持續(xù)還有多個(gè)臨界點(diǎn)即將進(jìn)入危險(xiǎn)期（Armstrong et al., 2022）。與之相關(guān)的是，長(zhǎng)江河口浮游植有害藻華的暴發(fā)和南海珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)正在逼近氣候臨界點(diǎn)（蔡榕碩等, 2021a, 2021b;Guo et al., 2023）。研究表明，藻華的暴發(fā)除了與緩發(fā)性的變暖有關(guān)外，還與海洋熱浪有較高的相關(guān)性（Yao et al., 2020）。海洋熱浪與海水缺氧的同時(shí)發(fā)生還有嚴(yán)重的協(xié)同效應(yīng)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響遠(yuǎn)高于單一事件（Huang et al., 2018; Yao et al., 2020）。研究表明，隨著全球和中國(guó)南海珊瑚礁的明顯退化，珊瑚礁的氣候脆弱性也愈發(fā)突出，面臨極高的氣候變化風(fēng)險(xiǎn)（Hoegh-Guldberg et al., 2014; 蔡榕碩等,2021a, 2021b）。當(dāng)全球升溫1.5°C 時(shí)，預(yù)計(jì)最快可能將在2040 年代發(fā)生（SSP5-8.5 情景），全球暖水珊瑚礁將減少70%～90%；當(dāng)升溫2°C 時(shí)，幾乎所有的（>99%）暖水珊瑚礁將會(huì)消失（Cooley et al., 2022）。而半封閉的近海生態(tài)系統(tǒng)比開放系統(tǒng)對(duì)人類活動(dòng)和氣候變化等外部擾動(dòng)更為敏感，更易達(dá)到系統(tǒng)臨界點(diǎn)，進(jìn)而觸發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)的改變。因此，保護(hù)珊瑚礁等生態(tài)系統(tǒng)的“窗口期”正在快速的關(guān)閉，如何盡快修復(fù)受損珊瑚礁，提高其氣候恢復(fù)力（韌性），是人類社會(huì)面對(duì)的一個(gè)亟待解決的科學(xué)與社會(huì)問(wèn)題。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

近幾十年來(lái)，人為氣候變化引起中國(guó)近海顯著變暖以及海洋熱浪頻繁發(fā)生，并對(duì)海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了一系列嚴(yán)重的影響，制約了中國(guó)海洋生態(tài)文明的建設(shè)和沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。文章回顧分析了中國(guó)近海變暖及海洋熱浪的相關(guān)研究進(jìn)展。主要結(jié)論如下：（1）1960～2022 年，中國(guó)近海尤其是東中國(guó)海有顯著的變暖趨勢(shì)，分別上升了1.02°C±0.19°C、1.45°C±0.32°C，且東中國(guó)海冬季的升溫已接近2°C；而東中國(guó)海在全球變暖加速期（1979～1998 年）或減緩期（1998～2013 年）均有顯著增強(qiáng)的響應(yīng)特征，遠(yuǎn)超全球海洋平均，是全球變化的高度敏感區(qū)。（2）東亞季風(fēng)的減弱和黑潮入侵中國(guó)近海的增強(qiáng)是中國(guó)近海變暖的重要原因。這是由于東亞季風(fēng)處于減弱狀態(tài)時(shí)，?？寺L(fēng)生流的變?nèi)跤欣诤诔迸肭种袊?guó)近海陸架，并有助于加強(qiáng)夏季東海和黃海的逆時(shí)針環(huán)（暖）流。（3）中國(guó)近海SST 具有準(zhǔn)2 年、3～7 年的年際以及約16 年的年代際變化周期，與ENSO 和PDO的變化關(guān)系密切，不同類型ENSO 對(duì)中國(guó)近海SST 的影響也有所不同。（4）氣候變暖引起中國(guó)近海地理等溫線向北和向陸方向遷移，導(dǎo)致季節(jié)性物候發(fā)生變遷，春季提前和秋季延后，并影響海洋生物的生長(zhǎng)節(jié)律、地理分布、群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)服務(wù)功能力，如甲藻數(shù)量增速快于硅藻，微型浮游植物演替為優(yōu)勢(shì)種，漁業(yè)資源物種豐富度分布格局有較大變化，絕大多數(shù)魚類棲息地范圍向北移動(dòng)，冷溫性漁業(yè)資源種類將進(jìn)一步衰退，特別是棲息地有萎縮的風(fēng)險(xiǎn)。（5）1982～2022 年，中國(guó)近海海洋熱浪趨頻變強(qiáng)，最近十年（2010～2019 年）的變化更為顯著，東中國(guó)海、南海5～9 月海洋熱浪暴發(fā)天數(shù)的平均頻率分別是1980 年代的20 倍和4 倍。其中，北部灣和長(zhǎng)江口鄰近海域，南海北部和東海大部分海區(qū)熱浪發(fā)生天數(shù)和強(qiáng)度平均每十年增加20～30 天和1°C。西太平洋副熱帶高壓的變化是中國(guó)近海夏季海洋熱浪發(fā)生的主要影響因素之一，但海洋熱浪的發(fā)生還受到IOD 和ENSO 的調(diào)控，并分別以東中國(guó)海和南海受到的影響為顯著。（6）在氣候變暖背景下，未來(lái)中國(guó)近海尤其是東中國(guó)海將暴露于強(qiáng)烈的升溫、熱浪、酸化、缺氧和初級(jí)生產(chǎn)力降低等的共同影響下，海洋氣候變化的綜合風(fēng)險(xiǎn)將明顯加??；并且，中國(guó)南海珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的大規(guī)模白化、死亡和長(zhǎng)江口附近海域浮游植物有害藻華的暴發(fā)很可能面臨觸發(fā)氣候臨界點(diǎn)并發(fā)生多米諾骨牌效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 展望

在氣候變化和人類活動(dòng)的共同影響下，中國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)及沿海地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)面臨的氣候風(fēng)險(xiǎn)日益增加，尤其是極端海洋熱浪的頻繁發(fā)生更是對(duì)珊瑚礁等生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。盡管目前已采取了一些應(yīng)對(duì)措施，如建立珊瑚礁等自然保護(hù)區(qū)，采取伏季休漁制度，并開展大量珊瑚移植等修復(fù)措施。然而，實(shí)踐證明，現(xiàn)有的措施如珊瑚移植修復(fù)等亟待采取進(jìn)一步的變革性方法與行動(dòng)（Bruno et al., 2018; 蔡榕碩等, 2021a, 2021b;Abd-Elgawad et al., 2023; Mohamed et al., 2023;Okubo, 2023）。按照當(dāng)前的升溫速率，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)中期前，海洋熱浪的發(fā)生將遠(yuǎn)超珊瑚的熱耐受能力，珊瑚礁等生態(tài)系統(tǒng)將很可能觸發(fā)氣候臨界點(diǎn)，僅靠采取當(dāng)前的海洋保護(hù)區(qū)管理及傳統(tǒng)移植方式很難修復(fù)受損珊瑚礁的氣候恢復(fù)力，難以面對(duì)日益嚴(yán)重的海洋熱浪的影響和風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。以下是有關(guān)我國(guó)海洋領(lǐng)域應(yīng)對(duì)氣候變化的幾點(diǎn)思考及展望。

首先，當(dāng)前我國(guó)還未建立專門的海洋熱浪及災(zāi)害影響預(yù)測(cè)、預(yù)警和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這可能是因?yàn)閷?duì)海洋熱浪的危害性及其可預(yù)報(bào)性，以及風(fēng)險(xiǎn)成因的認(rèn)識(shí)尚不夠深入。例如，東中國(guó)海海洋熱浪發(fā)生的物理過(guò)程、機(jī)制及其與大尺度氣候因子的聯(lián)系、緩發(fā)性海洋升溫疊加突發(fā)性海洋熱浪的綜合危害性及其與海洋生態(tài)系統(tǒng)暴露度和脆弱性的相互作用機(jī)制。其次，僅發(fā)展早期預(yù)測(cè)、預(yù)警和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)不足以應(yīng)對(duì)氣候變化的影響，還必須采取有效的適應(yīng)與減緩措施。目前采取的海洋自然保護(hù)區(qū)、伏季休漁制度等措施對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和生物資源的保護(hù)雖起到了重要的作用，但值得關(guān)注的是，中國(guó)東部地區(qū)包括近海的春、秋季物候正在發(fā)生明顯變遷，因此，相關(guān)海域保護(hù)區(qū)和休漁制度是否需據(jù)此做出相應(yīng)的調(diào)整是值得有關(guān)決策部門深入調(diào)研的問(wèn)題。第三，鑒于氣候變暖背景下當(dāng)前的許多適應(yīng)措施，將很快達(dá)到極限（IPCC, 2022）。為此，基于海洋生態(tài)系統(tǒng)如珊瑚礁、海草床和紅樹林等的連通性、系統(tǒng)性和可恢復(fù)性，我國(guó)亟待加強(qiáng)開展基于“自然的解決方案”“自然恢復(fù)為主，人工干預(yù)/支持為輔”，以及有50～100 年前瞻性的修復(fù)行動(dòng)（蔡榕碩等,2021a, 2021b; Abd-Elgawad et al., 2023; Mohamed et al., 2023），恢復(fù)受損珊瑚礁、海草床、紅樹林和鹽沼濕地等重要生境，人為增加海岸帶 “藍(lán)碳”生態(tài)系統(tǒng)碳匯，發(fā)揮其減緩氣候變化的作用；同時(shí)，還需從“陸海統(tǒng)籌”的角度考慮，實(shí)施從陸地到海洋環(huán)境的綜合整治，以及從可再生能源到碳捕獲與封存的減排增匯行動(dòng)，提高社會(huì)應(yīng)對(duì)氣候變化風(fēng)險(xiǎn)的能力。