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2025年7月24日，南方科技大学环境科学与工程学院曾振中教授团队联合宁波东方理工大学、清华大学、中国科学院大气物理研究所、加利福尼亚大学圣迭戈分校和法国巴黎索邦大学等国内外知名研究机构在Science发表题为“2023年破纪录海洋热浪（Record-breaking 2023 marine heatwaves）”的最新研究成果，系统揭示了2023年席卷全球的极端海洋热浪的分布特征、演变规律及其关键的物理驱动机制。

该研究构建了全球首个基于高分辨率海洋再分析数据的混合层热收支诊断框架，结合卫星观测资料，定量刻画了2023年全球海洋热浪在强度、持续时间和空间覆盖上的空前特征，厘清了其在多个关键海域的主要驱动过程。

研究结果表明，2023年多区域海洋热浪事件同期爆发，反映出气候系统正经历显著且复杂的变化过程，研究进一步揭示了全球不同区域海洋热浪形成机制的显著差异性，为理解和预测未来极端海洋事件提供了关键科学依据。发展地球系统科学对于揭示此类复杂气候现象的内在机制、提升全球气候预测能力以及制定科学的应对策略至关重要，它通过整合大气、海洋、陆地和生物圈等多圈层数据，为应对全球变暖和极端气候事件提供了坚实的科学基础。

图1- 2023年海洋热浪总活动强度创纪录，多个关键海域远超百年一遇极端水平

研究团队发现，2023年全球海洋热浪活动总量达5.36×10¹⁰ ℃ days km²，超过气候态均值的三倍标准差，创下有记录以来最极端年度水平。其中，北大西洋和西南太平洋分别发生了276年一遇和141年一遇的极端事件，其强度和持续时间远超历史同期。2023年全球平均海洋热浪的持续时间为120天，最长可达525天，平均强度达到1.3℃，发生海洋热浪的覆盖面积超过96%，远高于过去40年的平均水平。

为深入揭示2023年海洋热浪形成的物理机制，研究团队利用ECCO2高分辨率日尺度海洋深层的数据资料，开展混合层热收支分析，量化了短波辐射、混合层变化、海洋平流和上升流等热力-动力过程在不同海域的相对贡献：

图2- 2023年海洋热浪驱动机制示意图

北大西洋：异常减弱的副热带高压导致云量减少、混合层变浅，增强的短波辐射和纬向平流为海洋热浪的持续发展提供了能量支撑；

西南太平洋：该地区大气反气旋导致东风增强、西风减弱，进而增强了海洋的经向输送；同时，云量减少使得更多太阳辐射进入海洋，加剧海表变暖；

北太平洋：短波辐射增强与潜热损失减少共同作用，叠加变浅的混合层，致使海面迅速变暖；

热带东太平洋：厄尔尼诺驱动的经向、纬向平流及上升流的变化共同加剧了该区域的海洋增暖。

研究团队提出，全球变暖正加剧海洋–大气系统的耦合非线性过程，海洋热浪或已成为地球气候系统临界转变的重要“预警信号”。2023年海洋热浪在覆盖范围、强度和持续时间上均创历史新高，可能对极端天气事件的频率与强度、海洋碳汇能力、渔业资源分布以及珊瑚礁生态系统造成深远影响。地球系统科学的深入发展能够帮助我们更好地理解这些非线性过程的相互作用，为全球气候治理、海洋生态保护和可持续渔业管理提供科学依据，从而有效应对气候变化带来的广泛挑战。未来，构建基于物理机制的预报系统、强化海洋多要素实时监测，以及深入开展极端气候事件的预警研究，对于应对未来气候风险具有重要的现实意义。

第一作者：董天云

宁波东方理工大学博士后，博士阶段起专注于极端气候事件的机理研究、归因分析、海气相互作用以及气候预测等领域，曾获中山大学大气科学学院优秀博士毕业生，已发表学术论文15篇，其中以第一作者发表SCI论文7篇，1篇一作论文入选ESI高被引论文。

通讯作者：曾振中

南方科技大学环境科学与工程学院教授，获教育部长江学者奖励计划特聘教授（地球系统科学岗）、教育部长江学者奖励计划青年学者（地球系统科学岗）、求是杰出青年学者奖、深圳市高层次专业人才（国家级领军人才）、亚洲-大洋洲地球科学联合会（AOGS）Kamide Lecture奖等荣誉。

部分合作者

合作者：陈云天

宁波东方理工大学助理教授、博导，聚焦于科学机器学习及流体力学领域，长期关注短期气候预测相关研究，已发表GRL、RSE、JFM等一作/通讯论文50余篇，授权发明专利24项，主持科技部重点研发计划课题等14项，累计竞争性经费1500余万元。担任Applied Energy客座编辑、Advances in Applied Energy青年编委、Sustainable Horizon青年编委，入选中国科协青年人才托举工程、浙江省级青年人才。

合作者：张东晓

美国国家工程院院士，宁波东方理工大学讲席教授。国家级人才，曾任教育部特聘教授。美国地质学会会士（Fellow），国际石油工程师协会SPE最高荣誉会员。曾任南方科技大学学术副校长兼教务长，北京大学研究生院常务副院长、工学院院长、海洋研究院院长，美国南加州大学Marshall讲席正教授（终身制），美国俄克拉荷马大学石油和地质工程系米勒讲席正教授（终身制），北京大学能源与资源工程系首任系主任，美国国家实验室高级研究员。地下水文学、非常规油气开采（煤层气、页岩气）、二氧化碳地质埋藏方面的国际著名学者，其随机理论建模、数值计算、历史拟合和机器学习方面的研究成果被国际同行广泛采用。著有专著三本，其中在2002年出版的《渗流随机理论》（美国学术出版社）已成为领域内的经典著作；发表学术论文300多篇。先后担任权威性杂志《水资源研究》、《国际石油工程师杂志》等八种国际学术杂志副主编。

合作者：陈德亮

清华大学兴华卓越讲席教授，国际著名的气候变化与地球系统科学专家，瑞典皇家科学院院士、中国科学院外籍院士、国际科学理事会院士等。曾经担任瑞典皇家科学院地学部主任、中国气象局国家气候中心科学主任、国际科学理事会执行长（该组织首位华人执行长）。长期致力于气候动力学、气候模拟、全球和区域气候变化及其对生态和水资源影响的研究，并积极推动国际科研合作与科学政策对话。曾获中华人民共和国国际科技合作奖和瑞典国王勋章等多项国际荣誉。

合作者：周天军

中国科学院大气物理研究所研究员，中国科学院大学岗位教授。主要从事气候动力学和气候模拟、气候变化和极端事件研究。以第一/通讯作者在 Nature, Science, Nature Geoscience, Nature Climate Change, Nature Communications, Science Advances，Science Bulletin 等期刊发表系列高影响论文，SCI引用率超过 2.8万次，Web of Science H-index 90。连续入选“爱思唯尔中国高被引学者榜单”（2014-2024）、科睿唯安地球科学领域全球“高被引科学家”（2018-2024）。