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近日，由中國海洋大學深海圈層與地球系統前沿科學中心、物理海洋教育部重點實驗室荊釗教授領銜的科研團隊在海洋溫差能與氣候變化研究領域取得重要進展，首次評估了全球變暖背景下溫差能儲量的未來變化情況并揭示了其調控機制。國際權威學術期刊NatureCommunications（《自然·通訊》）11月25日對該研究成果進行了在線報道，成果由中國海洋大學海洋與大氣學院、深海圈層與地球系統前沿科學中心博士研究生杜天時為第一作者，荊釗教授為通訊作者的科研團隊合作完成。

自從工業革命以來，大量化石燃料燃燒所排放的溫室氣體引發了一系列的環境和社會問題。利用可再生的清潔能源來代替化石能源已經成為人類社會的共識。海洋溫差能具有清潔、穩定、儲量大等特點，是極具開發利用價值的可再生能源。海洋溫差能密度依賴于表層和深層（1000m）海水的溫度差。盡管現有研究表明，全球變暖背景下海洋上層的增溫相較于深層整體上更為明顯，但是對于未來溫差能的定量變化及其調控機理仍然缺乏基本的認識。

圖1：觀測與地球系統模式中的海洋溫差能情況。（a）觀測、高分辨率地球系統模式（CESM-H）和最新一代（CMIP6）低分辨率地球系統模式模擬的溫差能儲量隨時間的變化情況；（b-d）觀測、CESM-H與CMIP6模擬的1992-2021年平均的溫差能密度的空間分布；（e-h）展示了專屬經濟區內的結果。

本研究基于中國海洋大學參與研制的高分辨率地球系統模式模擬結果，首次評估了未來全球溫差能儲量的變化情況。在高碳排放情境下，由于溫差能密度的提高和可利用范圍的擴大，溫差能儲量在本世紀末相比當前情況會增長46%（圖1）。表層溫度增長對溫差能儲量增加的貢獻會被深層溫度的增長所部分抵消。該抵消作用在大西洋最為明顯，其主要原因是渦旋所引起的垂向熱輸運在全球變暖情境下減弱，從而導致深層增溫加快（圖2）。

圖2：中尺度渦旋垂向熱輸運減弱導致大西洋深層變暖。（a）1992-2021年平均的大西洋800-1200米海洋熱收支診斷結果。從左至右分別為熱含量傾向項，大尺度環流熱輸送，渦旋熱輸送以及湍流混合引起的熱輸送。（b）變暖前后熱收支的差異。

該研究成果為未來海洋溫差能的開發利用提供了重要的科學指導，同時揭示了海洋渦旋對調制未來海洋層結和溫差能儲量變化的重要作用，指出了發展高分辨率地球系統模式、準確模擬海洋中小尺度動力過程，對于理解未來地球氣候系統變化具有重要意義。

通訊員：侯霞

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34835-z