《自然—气候变化》：成里京课题组发现海洋已经存在显著的复合气候状态变化

中国科学院大气物理研究所成里京课题组，联合巴黎文理研究大学-巴黎高等师范学院（ENS-PSL）、法国麦卡托海洋国际研究中心（MOI）的相关研究学者联合提出了气候影响因子多重变化的监测评估框架，发现了海洋已经存在显著的复合气候状态变化，这一发现对海洋生态系统、海洋气候影响和适应、海洋气候治理决策有重要的意义和作用。

研究成果以“Observed large-scale and deep-reaching compound ocean state change over the past 60 years”为题，于北京时间2025年11月25日在线发表于Nature Climate Change。

论文第一作者为谭哲韬博士（巴黎文理研究大学-巴黎高等师范学院博士后），通讯作者为中国科学院大气物理研究所成里京研究员。

在全球气候变化背景下，海洋正同时承受多个气候影响因子的共同作用和影响，也即“复合气候影响因子（compound climatic impact-drivers）”：例如海洋变暖、变咸/变淡、缺氧、酸化等多个要素同时同地发生显著变化，并通过联合、叠加、因果效应等复杂相互作用，使海洋生态系统承受的环境压力呈现“1+1>2”的效应。以往海洋气候研究及风险评估往往针对单个气候影响因子或复合极端事件开展，然而,海洋生物在同一时刻往往会受到多个基本海洋要素的共同影响，因而如何定义复合气候影响因子的共同变化是一个研究难点。

针对上述挑战，该课题组给出了 “复合气候影响因子”的定义及其评估框架：通过引入涌现时间（Time-of-emergence；ToE）的概念，把多个气候影响因子的趋势变化信号与海洋短期变率分开，并定量给出趋势性信号超过短期波动幅度范围的时间。在此基础之上，定义了监测复合气候状态变化的方法及其暴露度评估指标（强度、幅度、持续时间），其主要用于把多个变量统一到一套复合评估体系下，在特定地点、特定时间、特定深度的三维空间上识别海洋的复合气候状态变化的影响（图1）。

图1. 复合气候状态变化监测及评估框架示意图

结果发现

在全球尺度上，基于海洋观测数据，揭示了海洋温度、盐度、溶解氧、pH四个变量的复合变化，该课题组发现了在气候变暖的背景下，海洋已经发生了大范围且深层次的复合状态变化。具体而言，在过去 60 年里，海洋上层1000米中已经大约有25~40%的区域至少有两个气候影响因子、15~25%的区域有至少三个因子发生了复合气候状态的改变，并且在不同区域呈现出不同的变化方向和强度（图2）。此外，海洋次表层的复合气候状态变化出现的时间相比于海表面更早，且影响的范围更广，这主要是因为次表层通常比海表面更加稳定（即气候系统内部变率更小），使得气候变暖已将次表层海水的复合变化推向前所未有的水平。相比于以往重点关注单因子、区域个例、趋势描述的研究，该课题组从多因子联动、全球尺度、状态转变的角度直接量化了多因子同时发生状态转变并相互作用的范围与比例。

图2. 基于温度、盐度、溶解氧、pH的全球海洋上层1000米复合状态改变的“转变时间”与“方向”（相对于1960-1989年气候平均态）

该研究进一步分析了海洋复合气候状态变化的热点地区。在气候变暖背景下，副热带大西洋、热带大西洋、副热带北太平洋、阿拉伯海及地中海是海洋中目前最容易受到气候变化影响的区域（图3）。在这些地区，海洋对复合变化影响的暴露总体水平更强（high intensity），持续时间更长（long duration），且变化幅度更加显著（high magnitude）。海洋复合气候变化已经并将持续给海洋生态系统及人类福祉带来风险，人类未来需要持续监测、评估和应对海洋复合变化对海洋生态系统、海洋可持续发展的影响。此外，研究还同时关联了联合国“海洋十年”中关于“科学—政策”的愿景，发布了一套海洋三维全球尺度的复合气候影响因子监测数据集，动态展示了自1980年以来复合气候状态变化的全景图（http://www.ocean.iap.ac.cn/pages/dataV/dataV.html?navAnchor=dataV），并给出了复合气候状态变化对海洋渔业政策制定、海洋保护区规划等的潜在应用支撑。

图3. 海洋在气候变暖背景下对相互关联的四个气候影响因子（温度、盐度、溶解氧、表层pH）的复合状态变化的暴露度全景图。

此项研究受国家自然科学基金（42261134536）、中国科学院国际伙伴计划（060GJHZ2024064MI）、亚洲合作基金、地球系统数值模拟装置（EarthLab）及欧盟地平线等项目的共同资助。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41558-025-02484-x

编辑 | 张可

排版 | 夏天

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