实验室在海洋温差能与气候变化研究领域取得重要进展

2022-11-2610

  近日,由中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心/物理海洋教育部重点实验室荆钊教授领衔的科研团队在海洋温差能与气候变化研究领域取得重要进展,首次评估了全球变暖背景下温差能储量的未来变化情况并揭示了其调控机制。国际权威学术期刊Nature Communications(《自然·通讯》)1125日对该研究成果进行了在线报道,成果由中国海洋大学海洋与大气学院/深海圈层与地球系统前沿科学中心博士研究生杜天时为第一作者,荆钊教授为通讯作者的科研团队合作完成。

  自从工业革命以来,大量化石燃料燃烧所排放的温室气体引发了一系列的环境和社会问题。利用可再生的清洁能源来代替化石能源已经成为人类社会的共识。海洋温差能具有清洁、稳定、储量大等特点,是极具开发利用价值的可再生能源。海洋温差能密度依赖于表层和深层(1000m)海水的温度差。尽管现有研究表明,全球变暖背景下海洋上层的增温相较于深层整体上更为明显,但是对于未来温差能的定量变化及其调控机理仍然缺乏基本的认识。

  本研究基于中国海洋大学参与研制的高分辨率地球系统模式模拟结果,首次评估了未来全球温差能储量的变化情况。在高碳排放情境下,由于温差能密度的提高和可利用范围的扩大,温差能储量在本世纪末相比当前情况会增长46% (图1)。表层温度增长对温差能储量增加的贡献会被深层温度的增长所部分抵消。该抵消作用在大西洋最为明显,其主要原因是涡旋所引起的垂向热输运在全球变暖情境下减弱,从而导致深层增温加快(图2)。

  该研究成果为未来海洋温差能的开发利用提供了重要的科学指导,同时揭示了海洋涡旋对调制未来海洋层结和温差能储量变化的重要作用,指出了发展高分辨率地球系统模式、准确模拟海洋中小尺度动力过程,对于理解未来地球气候系统变化具有重要意义。

1:观测与地球系统模式中的海洋温差能情况。(a)观测、高分辨率地球系统模式(CESM-H)和最新一代(CMIP6)低分辨率地球系统模式模拟的温差能储量随时间的变化情况;(b-d)观测、CESM-HCMIP6模拟的1992-2021年平均的温差能密度的空间分布;(e-h)展示了专属经济区内的结果。

2:中尺度涡旋垂向热输运减弱导致大西洋深层变暖。(a1992-2021年平均的大西洋800-1200米海洋热收支诊断结果。从左至右分别为热含量倾向项,大尺度环流热输送,涡旋热输送以及湍流混合引起的热输送。(b)变暖前后热收支的差异。



文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-34835-z