极端降水事件引发阿拉伯海高盐水持续变淡：气候变化下的海洋新危机

在阿拉伯海，以往降水对冬季对流影响被忽视，近年极端气旋增多，其带来的淡水输入对区域淡水平衡和阿拉伯海高盐水（ASHSW）形成的影响不明。研究人员经观测和模型模拟发现，极端气旋使 ASHSW 变淡，影响海洋生态等。该研究为海洋研究提供新视角。

　　在广袤的海洋世界里，阿拉伯海北部一直维持着较高的盐度，这主要得益于常年的海水蒸发。在冬季季风期间（11 月至次年 2 月），强烈的蒸发作用促使阿拉伯海高盐水（ASHSW）通过对流过程形成。长久以来，学界普遍认为降水在冬季对流中所起的作用微不足道，蒸发冷却才是影响 ASHSW 形成的主导因素。然而，近年来气候发生了显著变化，阿拉伯海上空的极端气旋数量明显增加，特别是自 2014 年以来，后季风期（9 月至 12 月）的极端气旋更为频繁。这些气旋带来了大量降水，由此引发了一系列疑问：这些气旋导致的淡水输入会在多大程度上打破该地区的淡水收支平衡（蒸发 - 降水）？又会对 ASHSW 的形成产生怎样的影响？这些问题成为了海洋科学领域亟待解决的关键问题，也促使科研人员开展了深入研究。

美国海军研究实验室（U.S. Naval Research Laboratory）的研究人员 Prasad G. Thoppil 针对上述问题展开了研究。研究人员通过一系列观测和模型模拟实验，揭示了极端热带气旋对 ASHSW 形成的显著影响。研究表明，极端气旋带来的降水导致阿拉伯海的低盐度海水不断积累，使 ASHSW 持续变淡。这一现象增强了海水的分层结构，抑制了对流下沉过程，最终限制了对流混合的深度，进而削弱了 ASHSW 的形成。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们深入理解海洋盐度变化机制以及气候变化对海洋生态系统的影响提供了重要依据。

研究人员运用了多种关键技术方法。在数据获取方面，使用了卫星遥感数据，如从综合多卫星降水反演（IMERG）获取降水数据，从 EN4 数据集获取海洋温度和盐度数据，还利用了 Argo 浮标观测数据。在模型模拟方面，运用了区域海洋环流模型（如海军海岸海洋模型 NCOM）进行模拟实验，通过设置不同的实验条件来探究各种因素对 ASHSW 形成的影响。

下面介绍研究的具体结果：

• 长期盐度变淡：观测结果：对比 2019 - 2023 年和 2014 - 2018 年的数据，发现 2019 - 2023 年阿拉伯海降水显著增加，东部海域 10°N 以北盐度明显变淡，超过 0.1 psu。Hovm?ller 图显示，盐度异常与降水异常相符，2019 - 2023 年持续的盐度变淡与正降水异常对应。Argo 浮标观测表明，2019 年后 ASHSW 在多个观测点出现显著变淡，如 2019 年 6 月的前季风气旋和后续的后季风极端气旋使盐度下降超过 0.5 psu，这种变淡趋势一直持续到 2023 年。此外，2019 - 2023 年期间，非气旋活动期间也存在大量淡水输入，如 2020 年和 2022 年 7 - 8 月的极端降水事件123。
• 对比 ASHSW 形成：模型模拟：利用区域海洋环流模型模拟 2018 - 2023 年的情况，对比 2018 - 2019 年和 2019 - 2020 年，发现 2018 年气旋未导致 15°N 以北盐度变淡，而 2019 年多个气旋穿越该区域，造成显著盐度变淡。模型模拟结果与 Argo 数据相符，如 2019 - 2020 年冬季 ASHSW 形成明显减弱，盐度超过 36.6 psu 的区域缩小，且 2019 - 2020 年 ASHSW 体积显著下降，到 2023 年仍低于 2018 - 2019 年冬季水平456。
• 分离气旋降水对 ASHSW 变淡的影响：案例研究：通过一系列模型实验（PPE_{2018 - 19}、PPE_{2019 - 20}），证实 2019 年后季风气旋降水是冬季阿拉伯海北部盐度变淡的主要原因。PPE_{2018 - 19}实验中，模拟 2019 - 2020 年降水和风速，成功再现了盐度变淡；PPE_{2019 - 20}实验中，用 2018 - 2019 年的降水和风速替换，盐度变淡未出现78。
• 降水异常在 ASHSW 变淡中的作用（2019 - 2023 年）：进行 PPE_{2019 - 23}实验，将 2018 年的降水强迫应用于 2019 - 2023 年模拟期。结果表明，降水异常对 2019 - 2023 年盐度变化有重要贡献，与控制模拟相比，东部阿拉伯海盐度显著降低，混合层深度变浅，说明热带气旋和其他极端降水事件带来的淡水输入是导致盐度变淡和对流混合减弱的主要原因910。
• 控制 ASHSW 变淡的过程：盐度收支分析：计算控制模拟和 PPE_{2019 - 23}模拟的盐度收支项，发现 2019 - 2023 年期间，表面通量主导盐度收支的趋势项，极端气旋出现时，盐度显著下降主要由表面淡水通量驱动。虽然垂直混合会使盐度降低，但表面通量导致的盐度降低幅度更大。2020 年和 2022 年的极端降水事件，即使没有命名气旋，也对盐度变淡起到重要作用1112。
• 分离驱动 ASHSW 变淡的降水来源：通过 NOTC、NOPE、NOPETC 三个实验，分别抑制热带气旋降水、2020 年和 2022 年极端降水事件的降水以及两者的降水。结果显示，热带气旋降水对盐度变淡贡献约 71%，极端降水事件贡献约 35%。在时间演变上，每次热带气旋过后盐度明显变淡，2020 年和 2022 年极端降水事件对盐度变淡影响显著，且两者都对 ASHSW 形成和冬季对流混合产生影响1314。

综合研究结果，研究人员得出结论：极端气旋带来的降水是导致阿拉伯海高盐水持续变淡的主要原因。这一变化对海洋生态系统和气候系统产生了深远影响。在海洋生态方面，减弱的冬季对流混合可能影响初级生产力和生态系统的栖息地，进而改变渔业资源的种类和数量。在气候系统方面，盐度分层的增强导致海水温度升高，可能影响海洋 - 大气热量通量，增加海洋热浪发生的频率和强度。此外，研究还指出，未来随着气候变暖，极端气旋和降水事件可能更加频繁，ASHSW 的形成可能持续受到抑制。然而，目前仍不清楚在何种条件下 ASHSW 的形成周期能够恢复。该研究强调了热带气旋和极端降水事件在海洋盐度分层和冬季对流中的关键作用，为后续研究海洋生态系统对气候变化的响应以及制定相关应对策略提供了重要参考。