海南热带海洋学院马建教授在Nature旗下npj-CAS发表南太平洋海表增暖形态的颠覆性科研论文！

1月3日，海南热带海洋学院海洋科学技术学院马建教授作为第一作者（兼通讯作者），带领其在上海交通大学的硕士生冯彪（共同第一作者）、博士生郭霄，联合英国Met Office及Exeter大学Robin Chadwick研究员、中山大学王东晓教授、复旦大学王桂华教授、南京大学周晨教授及自然资源部第二海洋研究所应俊研究员，于Nature旗下期刊npj Climate and Atmospheric Science发表研究论文“Single hemisphere air-sea interaction shapes the South Pacific surface warming and wind change”。该期刊以“严选具有范式重构潜力的前瞻成果”著称，是Nature旗下权威期刊，中国科学院SCI期刊分区1区，影响因子9.4，海南热带海洋学院为第一署名单位。此次发表（图1）颠覆了国际普遍认可的跨赤道反馈的主导地位，并提出新的单半球海气相互作用，来解释南太平洋海表增暖型以及风速变化的形成机制。“解铃还须系铃人”，未来气候变化领域十几年来的谜题终获解释，标志着中国学者再次取得前沿成果。

图1. 论文网页

气候变化中海表升温并非均一，而是在区域间具有相对冷暖不同的形态，这些增暖型会引起气候系统的响应，包括但不限于大气环流、水汽、云、能量输运、台风活动以及辐射反馈等。在二十一世纪气候预估中，海表增暖型具有很大的不确定性，其形成机制和涌现约束也成为前沿研究领域。马建在美国夏威夷大学攻读博士学位期间，就与其导师——久负盛名的谢尚平教授（后入职加州大学圣迭戈分校/Scripps海洋研究所）一起发现了赤道的海表增暖峰值与副热带南太平洋的相对冷却现象（图2c）。其中，前者的预估备受争议，后者却在观测数据和气候模式中显示了显著的一致性，但其成因缺乏公认的解释，也因此备受关注。最初，马建和谢尚平教授建议将跨赤道风-蒸发-海温（WES）反馈作为主导机制来研究，于是有诸多研究工作跟进这一假说，并证明蒸发冷却过程确实至关重要。

图2.海表均匀增暖（a）、直接辐射效应（b）和耦合模式（c）中的海平面气压（填色）、风速（矢量）变化以及海表增暖型（c中彩色等值线）。

然而，在npj-CAS的新文章中，马建及合作者发现起主导作用的并不是跨赤道反馈。其实，蒸发冷却过程并不一定伴随着海气相互作用出现，也可能是受迫的。研究从南北半球海温和风速的解耦现象出发，利用南太海盆外的格林函数实验，改变了WES反馈在该区域起主导作用的传统看法。此外，结合马建博士期间的另一项重要工作，即层结变化的气候平流（MASC）机制（用以解释气候变化中大气环流如何减弱），提出了新的单半球海气相互作用机制（图3），来阐释南太平洋海温-风复合体的形成。

图3. 单半球倾斜风-蒸发-海温反馈机制的示意图

新研究把耦合模式中的全球变暖分解为三部分：海表均匀增暖、直接辐射效应以及海表增暖型（海表增暖对于热带平均增暖的偏离）。其中均匀增暖（图2a）和直接辐射效应（图2b），会导致南太平洋副热带高压向南迁移与增强，引起风速增强，从而初步冷却海表。该冷却信号由“footprinting”作用向赤道方向传播，然而在传播过程中，源自海表的大气冷却在中上层却受到了阻挡。这是因为MASC效应将赤道的增暖峰值信号扩展至副热带中上层大气，从而导致了冷信号在大气中的垂向倾斜。于是，中高空冷信号引起的海平面气压升高，与海表冷信号出现了大致90度的南向相位差；这样，相应的地转风增强恰好通过海表温度的冷却中心，从而形成了“冷而又冷”的海气正反馈，成为南太平洋海温-风复合体的主导机制。

新机制（图3）称作单半球倾斜风-蒸发-海温反馈（SHIW）。该机制颠覆性地解释了未来气候变化领域的重要谜题，即马建和导师已发现十五年而没有充分理解的，典型海表增暖型的形成机制。“解铃还须系铃人”，祝