气候演变中的大洋环流与海气相互作用课件

大洋环流与海气相互作用气候变化视角欢迎参加本次关于大洋环流与海气相互作用的专题讲座在气候变化日益加剧的今天，理解海洋与大气之间的复杂关系对预测和应对未来气候变化至关重要本课程将系统讲解大洋环流基本原理、海气相互作用机制以及它们在气候系统中的核心作用我们将从基础概念出发，探讨全球环流模式、观测技术、数值模拟方法，以及当前面临的挑战与未来研究方向希望通过这门课程，帮助大家建立对这一领域的系统认识，为进一步研究奠定基础课件导论大洋在地球气候系统中海洋与大气的复杂相互的关键角色作用海洋覆盖了地球表面约海洋与大气之间通过热量、水71%的面积，是地球上最大的热量汽、动量和气体交换形成紧密储存库和碳汇，每年吸收约耦合的系统这种相互作用产的人为二氧化碳排放生了诸如厄尔尼诺、拉尼娜等30%海洋的巨大热容量使其成为调气候现象，影响全球天气模式节全球气候的稳定器气候变化背景下的科学研究前沿随着气候变化加剧，科学界正加强对海洋环流变化及其气候影响的研究先进的观测技术和数值模拟方法为我们提供了前所未有的研究机会研究背景与意义海洋在气候调节中的核心作用海洋吸收了以上的多余热量和90%30%的二氧化碳排放，减缓了全球变暖速度全球气候变化加速同时，海洋环流系统是全球热量和物质重分配的关键机制过去几十年全球平均温度持续上升，极端气候事件频发，冰川加速融化，海平理解海洋大气系统的紧迫性面不断上升这些变化对生态系统和人-类社会造成严重威胁随着气候变化加剧，准确理解海洋大-气相互作用对预测未来气候变化、制定有效应对策略具有重要意义这已成为当前气候科学最迫切的研究课题之一课件主要内容大洋环流基本原理介绍全球大洋环流系统的类型、驱动机制和主要特征海气相互作用机制分析海洋与大气之间的动量、热量和物质交换过程气候变化影响探讨全球变暖对海洋环流、海平面和生态系统的影响全球环流模式介绍主要环流系统及其在气候中的作用未来研究展望分析研究前沿、技术发展和未来挑战研究方法概述卫星观测技术利用多种卫星传感器监测海面温度、高度、风场、盐度等物理参数卫星遥感具有全球覆盖、连续观测的优势，可提供大范围、长时间序列的海洋数据代表性卫星包括和系列TOPEX/Poseidon Jason海洋数值模拟应用高性能计算机和先进数值算法模拟海洋环流动力学通过求解控制方程组，再现和预测海洋流场、温盐场及其变化代表性模型包括、和等全球海洋模型NEMO MOMPOP长期监测数据分析分析全球海洋观测网络收集的长期监测数据，包括浮标、锚系观测站和船载观测等ARGO结合统计方法识别气候变化信号和海洋变化趋势气候模型模拟利用耦合气候模型模拟海洋大气相互作用及其对气候变化的响应多模型集合和多情景分-析可提高预测可靠性，减少不确定性大洋环流的基本概念定义与基本特征大洋环流是海水在洋盆尺度上的有序流动具有多尺度、多层次特征，从米级湍流到千公里尺度的环流系统，从表层到深海形成三维立体结构环流强度和方向表现出明显的季节性和年际变化驱动机制大洋环流主要受风应力、温度和盐度梯度（热盐差异）、地球自转（科氏力）和地形约束等因素驱动不同驱动因素的相对重要性因区域和深度而异全球大洋环流系统全球大洋环流形成一个相互关联的系统，连接各大洋盆，调节全球热量分布包括温带地区的副热带和副极地环流，热带地区的赤道流系统，以及连接深层和表层的经向翻转环流大洋环流的类型表层环流深层环流主要由风应力驱动，深度一般在米以内典型代表有北大西主要由温盐差异驱动，形成经向翻转环流，又称大洋传送带北大1000洋的墨西哥湾流、北太平洋的日本黑潮等强西边界流，以及热带地西洋深水和南极底层水的形成与输送是其重要组成部分深层环流区的赤道流系统表层环流对热量输送和气候调节具有重要作用周期长，对全球气候变化有重要调节作用边界流补偿流沿海洋边界运行的强流西边界流（如墨西哥湾流）速度快、窄而维持质量守恒的回流系统例如，赤道附近的风生辐散引起上升流，深；东边界流（如加那利寒流）速度慢、宽而浅这种非对称性是需要深层补偿流维持质量平衡这种垂直环流对海洋上下层水交换由地球自转效应（效应）造成的和营养物质循环至关重要β海洋环流的驱动力温盐梯度地球自转效应海水温度和盐度的空间差异导致密地球自转产生的科氏力使海洋流动度梯度，进而产生压力梯度力，驱偏转，在北半球向右，南半球向左动热盐环流极地高纬度地区的冷这导致副热带环流呈现顺时针或逆风强迫密度差异却和海冰形成增加水体密度，是深时针旋转，并形成强烈的西边界流大气对海面的风应力是表层环流的层环流的主要驱动机制海水密度主要受温度和盐度影响主要驱动力行星风系统（如贸易冷水比暖水密度大，高盐水比低盐风、西风带）产生的持续风场在海水密度大密度差异引起的重力势面形成稳定的风应力场，驱动大洋能差驱动垂直环流和深层水体形成环流系统热盐环流基本原理全球热盐环流机制连接全球各大洋的大洋传送带温度和盐度的相互作用密度变化驱动水体垂直运动密度驱动的深层环流极地形成的高密度水下沉形成深层流热盐环流是一种由海水温度和盐度变化驱动的全球性大洋环流系统在北大西洋高纬度地区，海水冷却和海冰形成增加了水体密度，导致表层水下沉，形成北大西洋深水，这是全球热盐环流的重要驱动源而在南极周围，冷却和海冰形成产生的高密度水下沉形成南极底层水这种环流系统像一条传送带，连接全球各大洋的表层和深层，周期约为年热盐环流对全球气候有重要调节作用，输送大量热量到高纬度地1000区，减缓极地地区的严寒气候气候变化可能通过改变海水温度和淡水输入影响热盐环流强度，进而影响全球气候系统海洋环流的空间尺度10000km1000km100km全球尺度环流区域性环流系统涡旋和局地环流连接多个大洋盆的行星尺度环流系统，如热单个洋盆内的大尺度环流，如北大西洋和北中小尺度运动，包括中尺度涡、近惯性波和盐环流大洋传送带，周期长达数百至上千年，太平洋的副热带环流，持续时间为数年至数内波等，持续时间从数天到数月，影响局地影响全球气候长期变化十年，影响区域气候特征海洋混合和能量传递海洋环流的多尺度特性使其形成层级嵌套结构，不同尺度的流动相互影响、相互作用大尺度环流为中小尺度运动提供背景流场，而中小尺度运动通过能量级联和混合过程影响大尺度环流结构理解这种多尺度相互作用对准确模拟和预测海洋环流变化至关重要大气海洋相互作用基础-界面交换过程海气界面是大气与海洋系统交换能量、物质和动量的关键区域界面过程包括分子扩散、湍流输送和波浪破碎等多种物理机制，控制着交换速率动量交换风对海面的切应力驱动表层环流，同时激发表面波浪海面粗糙度又反过来影响大气边界层结构，形成复杂的反馈机制热量交换包括短波辐射、长波辐射、潜热和感热通量海洋吸收太阳短波辐射，通过长波辐射、蒸发和对流向大气释放热量，调节全球气候气体交换二氧化碳、氧气等气体在海气界面进行交换海洋每年吸收约的人30%为碳排放，是重要的碳汇，减缓大气浓度上升CO2海气相互作用关键机制湍流通量表面通量辐射通量海气界面的湍流运动是物质、能量和动表面通量指通过海气界面的净交换量，辐射通量包括短波辐射吸收和长波辐射量交换的主要机制湍流强度受风速、包括动量通量、热通量和水汽通量动释放海洋表层吸收太阳短波辐射，加海面状态和稳定度影响，直接控制交换量通量驱动海洋表层环流；热通量调节热表层水体；同时通过长波辐射向大气效率海洋和大气的热量收支；水汽通量影响释放热量湍流通量计算通常采用梯度输送理论，海水盐度和大气水汽含量利用可观测的平均梯度和湍流系数估算云量、水汽和气溶胶含量影响辐射通量通量大小准确测量海气界面湍流通量全球海气界面通量分布存在显著时空变大小气候变化可能通过改变云分布和是海气相互作用研究的基础化，热带地区通常是净热量吸收区，而大气成分影响辐射平衡，形成复杂的反中高纬度地区则是净热量释放区馈机制风应力与海面动力学风对海面的直接影响风应力是风对海面的切向力，是表层环流的主要驱动力风应力大小与风速的平方成正比，方向与风向基本一致全球风场分布决定了大尺度表层环流格局，如热带信风驱动的赤道流系统和中纬度西风驱动的副热带环流风生波浪风吹过海面产生表面重力波，即风浪波浪高度和周期随风速、风区长度和持续时间增加而增大波浪传播可将能量从风力强区域传递到远处波浪破碎增强海气间的动量、热量和气体交换，促进表层混合海面粗糙度波浪发展改变海面粗糙度，影响海气间动量交换效率粗糙度增加导致风对海面的拖曳系数增大，形成正反馈在强风条件下，海面粗糙度与风速的关系变得复杂，涉及波浪发展、破碎和海水飞沫等多种因素动量传递机制风向海洋传递动量的过程包括直接的切应力作用和间接的波浪介导机制波浪激发后通过破碎或辐射应力将动量传递给水体在沿岸地区，风应力引起的水体堆积和埃克曼输送导致上升流或下降流，影响营养盐循环和生物生产力热交换过程短波辐射长波辐射潜热通量太阳辐射是海洋获取热海面作为黑体向大气发海水蒸发消耗热量形成量的主要来源海水吸射长波辐射，同时也吸潜热通量蒸发速率取收约的入射短波辐收大气下行长波辐射决于海面温度、风速和90%射，尤其是可见光波段净长波辐射通量通常为空气湿度潜热释放是水体中的辐射强度随深热量损失云量增加会热带气旋能量的主要来度呈指数衰减，形成热减少净长波辐射损失，源，也是大气获取水汽力分层，影响海洋稳定形成温室效应全球变的重要途径全球海洋度和混合层深度暖背景下，大气下行长年平均潜热损失约为波辐射增加，减少海洋100W/m²净热损失感热通量通过海气温差引起的热传导和对流形成感热通量与潜热相比，感热通量一般较小，但在冷空气暴发时可显著增加北大西洋冬季的强感热损失是北大西洋深水形成的重要机制气候变化对海洋环流的影响厄尔尼诺与拉尼娜现象厄尔尼诺现象拉尼娜现象全球气候影响厄尔尼诺是热带太平洋东部和中部海表温拉尼娜则表现为热带太平洋东部和中部海厄尔尼诺和拉尼娜现象通过大气桥接效应度异常升高的现象此时，信风减弱，温表温度异常降低此时，信风增强，温跃影响全球气候厄尔尼诺期间，北美南部跃层下沉，热带太平洋东部上升流减弱，层抬升，上升流增强，促进冷水上涌，导和南美西部降水增多，东南亚和澳大利亚抑制了冷水上涌，导致海面温度升高厄致海面温度降低拉尼娜期间，沃克环流干旱加剧；拉尼娜期间则相反这种遥相尔尼诺期间，沃克环流减弱，赤道太平洋增强，赤道太平洋东西温度梯度增大关作用是长期天气预报的重要依据东西温度梯度减小全球海洋环流系统墨西哥湾流北大西洋漂流南极环流北大西洋西部强劲的西边界流，是全球墨西哥湾流的延伸，向东北流向欧洲西地球上唯一的环绕行星的洋流，流经大最强的洋流之一，最大流速可达海岸湾流在纽芬兰大滩分为两支，北西洋、印度洋和太平洋南部由强劲的

2.5m/s起源于墨西哥湾，流经美国东海岸，在支形成北大西洋漂流，南支形成亚速尔西风驱动，输送量约为百万立方米150纽芬兰大滩附近转向东北，形成北大西流北大西洋漂流对西欧气候有显著的每秒南极环流是连接各大洋的关键环洋漂流湾流每秒输送约百万立方温暖效应，使挪威和英国等高纬度国家节，促进全球热量和物质再分配150米的水体，携带大量热量向高纬度地区拥有相对温和的气候南极环流显著影响南极海冰分布和全球输送随着全球变暖，北大西洋漂流强度可能气候全球变暖导致西风带南移和增强，湾流对北美和西欧气候有显著影响，使减弱，影响西欧气候观测数据显示，进而影响南极环流强度和位置，对全球西欧温度比同纬度的北美东部高近几十年北大西洋漂流热输送能力已有气候系统产生深远影响5-°同时，湾流也是重要的生物多所减弱10C样性热点，支持丰富的海洋生态系统深层环流变化大西洋经向翻转环流大西洋经向翻转环流是全球热盐环流的重要组成部分，将暖水向AMOC北输送，将冷水向南输送北大西洋深水形成是驱动的关键过程，AMOC主要发生在拉布拉多海和格陵兰海气候变化敏感性对淡水输入和表层水温变化高度敏感北极冰盖融化和降水增加导AMOC致的淡水输入可能抑制深水形成，减弱古气候记录表明，过去气AMOC候突变常与强度变化有关AMOC长期变化趋势观测和模拟结果表明，自世纪中叶以来已减弱约根据20AMOC15%评估，本世纪很可能继续减弱，但大幅度崩溃的可能性较低IPCC AMOC减弱将影响北大西洋热量分布，可能导致欧洲气温下降，全球降水AMOC带南移海洋碳汇机制碳交换过程气体交换、物理泵和生物泵相互作用海洋二氧化碳吸收全球碳排放的主要汇区生物泵作用光合作用固碳沉降至深海海洋是全球最大的活跃碳库，储存约碳，是大气碳含量的倍每年吸收约碳，相当于人类排放量的海洋碳吸收主38,000Gt

602.5Gt25-30%要通过物理泵和生物泵两种机制物理泵是指溶解在海水中形成碳酸盐系统，随环流输送到深海；生物泵是指浮游植物通过光合作用固定，CO2CO2部分有机碳随生物残骸沉降到深海全球变暖对海洋碳汇能力产生复杂影响一方面，浓度升高增强碳吸收；另一方面，海水温度升高降低溶解度，减弱物理泵效率同时，CO2CO2海洋酸化可能影响生物泵效率模型预测，未来海洋碳汇能力可能减弱，加剧大气积累精确理解和量化这些过程对气候变化预测至关重要CO2海洋酸化海平面上升

3.3mm年均上升速率年至今的全球平均海平面上升速率，几乎是世纪平均速率的两倍19932021cm世纪总上升量20自年以来，全球平均海平面累计上升约厘米19002140%热膨胀贡献海水热膨胀对当前海平面上升的贡献率约为40%60%冰川融化贡献极地冰盖和山地冰川融化对当前海平面上升的贡献率约为60%全球变暖导致海平面上升的主要原因有两个海水热膨胀和陆地冰体融化随着海洋吸收多余热量，海水体积膨胀；同时，格陵兰和南极冰盖以及全球山地冰川的加速融化向海洋输入大量淡水观测数据显示，自年卫星测高开始以来，全球海平面上升速率显著加快1993根据第六次评估报告，到年，在中等排放情景下，全球平均海平面可能上升厘米；在高排放情景下，可能上升厘米海平面上IPCC210040-8060-110升对全球沿海地区，特别是低洼岛屿和三角洲地区构成严重威胁，增加风暴潮风险，加剧海岸侵蚀，威胁淡水资源和农业生产海洋生态系统变化海洋生物多样性生态系统结构变化海洋覆盖地球表面的面积，是地气候变化导致海洋生态系统结构发生71%球上最大的生物栖息地，容纳了近显著变化海水温度上升促使许多海的地球生物多样性全球变暖导洋物种向极地迁移，改变物种分布范80%致海洋温度上升、酸化加剧、氧含量围与此同时，海洋酸化影响钙化生减少，威胁海洋生物多样性珊瑚礁物，如珊瑚和贝类，削弱其形成钙质白化现象日益频繁，全球约的珊外壳和骨骼的能力海洋生态系统服50%瑚礁已经消失或严重退化务功能，如渔业资源、沿海保护和碳封存等面临严峻挑战物种迁移为适应环境变化，许多海洋物种正在改变其分布范围观测显示，海洋物种向极地迁移的平均速率约为每十年公里，远快于陆地物种这种迁移导致入侵物种72增加，本地食物网结构改变，物种互作关系重组然而，一些物种迁移能力有限，面临局地灭绝风险，特别是栖息于特定生境的特化物种观测技术与监测卫星遥感剖面浮标大数据分析卫星遥感技术提供了全球海洋表层状态计划是全球海洋观测系统的核心，现代海洋观测系统每天产生海量数据，Argo的连续观测海面高度计可测量海面高由约个自动剖面浮标组成这些需要先进的数据分析技术大数据和人4000度变化，监测环流变化和海平面上升；浮标通常下沉到米深度漂流天，工智能方法正被用于处理复杂的海洋观200010海表温度传感器监测全球海表温度分布；然后上浮过程中测量温度、盐度和压力测数据，识别模式和趋势，提高预测能海表盐度和风场测量仪提供关键的海气剖面，并在海面通过卫星传输数据力云计算平台和开放数据政策促进了海洋相互作用参数计划开始于年，首次实现了数据的共享和集成分析国际协作项目Argo2000代表性卫星任务包括测量海面高度的全球海洋上层水体的实时监测，极大改如全球海洋观测系统和全球地球GOOS系列和，测量海表温进了对海洋状态的了解正观测系统提供了数据共享和协Jason Sentinel-6Deep ArgoGEOSS度的和，以及测量海表在将观测扩展到米深度，提供更调框架，加强全球海洋监测能力MODIS AVHRR6000盐度的和这些卫星数全面的深海观测SMOS Aquarius据对气候变化研究和业务化海洋预报至关重要数值模拟技术气候模型海洋环流模型耦合模型气候模型是模拟地球气候系统的数海洋环流模型求解描述海水运动和耦合模型将大气、海洋和其他子系学表达，包括大气、海洋、陆地和性质变化的方程组，模拟海洋三维统模型连接起来，模拟它们之间的冰冻圈等组成部分现代气候模型环流代表性模型包括、相互作用地球系统模型进一步纳NEMO基于流体力学和热力学基本原理，和等现代海洋模型入碳循环、生物地球化学过程和动MOM HYCOM结合参数化方案模拟小尺度过程已能模拟从全球尺度到中尺度涡的态植被等组件，提供更全面的气候这些模型是理解气候变化机制和预多尺度过程，水平分辨率已达公里系统模拟这些模型是气候评IPCC测未来气候变化的重要工具级通过数据同化技术，模型可吸估报告的主要科学基础，提供未来收观测数据，提高模拟精度气候变化预测高性能计算高性能计算是现代气候模拟的关键支撑随着分辨率和复杂性不断提高，气候模型对计算资源的需求急剧增加世界领先的气候研究中心采用百万核级超级计算机支持模拟并行计算、加速和优化算法等GPU技术使高分辨率、长期气候模拟成为可能全球气候模式气候变化情景地球系统模型第六次评估报告采用共享社会经济IPCC地球系统模型是最复杂的气候模ESM路径结合代表性浓度路径SSP RCP型，整合了大气、海洋、陆地、冰冻圈构建情景这些情景描述不同社会经济和生物地球化学循环等多个组件ESM发展轨迹下的温室气体排放路径，从可能模拟碳循环、生态系统反馈和人类活持续发展低排放到高排放SSP1-

1.9动影响，为理解气候系统提供全面视角SSP5-

8.5模型比较计划预测不确定性国际耦合模型比较计划协调全球气候预测存在三类主要不确定性情景CMIP气候建模中心按统一协议进行模拟实验不确定性未来排放路径、模型不确定包含个核心实验和多个性模型结构和参数化方案差异和内部CMIP623100模型，是第六次评估报告的主要科变率不确定性气候系统固有的随机变IPCC学基础，评估模型性能并提高气候预测化多模型集合和概率预测方法用于量可靠性化这些不确定性极地海洋环流北极海冰变化南极洲周边环流气候变化敏感区北极海冰正以前所未有的速度减少，夏季最南极环流是地球上最强大的洋流，它极地地区是气候变化的前哨站，对全球变ACC小海冰覆盖面积自年以来减少了约将所有主要大洋连接起来，形成全球环流系暖表现出高度敏感性北极变暖导致永久冻1979海冰厚度也大幅减少，多年冰几乎消统由强劲的西风驱动，其强度和位置土融化，释放甲烷和二氧化碳；南极冰架不40%ACC失这种变化改变了北极海洋的热量收支和对气候变化敏感观测表明，随着西风带南稳定性增加，加速海平面上升这些区域的淡水输入，影响局地环流模式北极变暖速移和增强，位置略有南移，强度可能增变化不仅影响局地生态系统，还通过改变全ACC率是全球平均的倍，这种北极放大效加南极冰架加速融化正改变周边海域的淡球大气和海洋环流模式影响远程地区气候2-3应与海冰反照率正反馈密切相关水输入和环流特征-季风系统印度洋季风印度洋季风是地球上最强的季风系统之一，显著影响南亚和东南亚地区的气候夏季，亚洲大陆快速升温，形成低压中心，吸引来自印度洋的湿润气流，带来丰沛降水冬季则相反，大陆冷却形成高压，风向反转，形成干季东亚季风东亚季风影响中国、朝鲜半岛和日本等地区，呈现出夏季偏南风和冬季偏北风交替的特征夏季风带来来自太平洋和南海的暖湿气流，形成梅雨季；冬季风则从西伯利亚带来寒冷干燥的气团东亚季风变率与厄尔尼诺现象和太平洋十年振荡等大尺度气候模态密切相关PDO海气相互作用机制季风系统是海气相互作用的典型表现海表温度异常影响大气环流，进而影响季风强度和降水分布；而季风风场又通过改变海表蒸发、混合和上升流，反过来影响海温这种复杂的相互作用和反馈机制使季风预测具有挑战性气候变化下，季风系统可能经历强度和时空分布的变化，影响数十亿人口的生活西边界流墨西哥湾流库罗希奥流墨西哥湾流是北大西洋副热带环流西边库罗希奥流黑潮是北太平洋副热带环界的强劲洋流，从佛罗里达海峡开始，流的西边界流，源于菲律宾以东，沿台沿美国东海岸北上，在纽芬兰大滩附近湾东侧和日本南部流向东北方向它的离开海岸向东它是全球最强的洋流之流速和输送量仅次于墨西哥湾流，对东一，最大流速可达，输送量约亚气候有重要影响库罗希奥流路径存

2.5m/s百万立方米秒湾流携带大量热在明显变化，包括大弯曲和小弯曲两种150/量向北，对北美东海岸和西欧气候产生状态，影响其热量输送能力和相关气候显著影响效应澳大利亚东海岸流澳大利亚东海岸流是南太平洋副热带环流的西边界流，沿澳大利亚东海岸向南流动它的强度和变化影响塔斯曼海区域的海洋热浪发生和鱼类群落分布近年来，随着气候变化，这一洋流区域观测到海温异常升高的频率增加，对当地海洋生态系统产生显著影响西边界流是全球海洋环流系统中最显著的特征之一，它们通常位于洋盆的西侧，流速快、窄而深这种不对称分布是由地球自转效应效应引起的西边界流通常携带大量热量从低纬度向高纬度β输送，是全球气候系统中热量再分配的关键途径全球变暖背景下，西边界流强度、路径和稳定性可能发生变化，影响区域和全球气候格局海洋生物地球化学循环48%25%

0.1海洋初级生产力人为碳吸收值降低pH海洋初级生产力约占全球总初级生产力的，每年海洋每年吸收约的人为二氧化碳排放，减缓大气工业革命以来海洋表层值下降约个单位，相当48%25%pH

0.1固定约碳上升于酸度增加50Gt CO230%海洋生物地球化学循环是联系海洋物理、化学和生物过程的关键机制营养盐循环对海洋初级生产力至关重要，主要营养盐如氮、磷和硅通过上升流和垂直混合从深层被带到表层光照区，支持浮游植物生长浮游植物通过光合作用固定碳，部分有机碳通过食物网转移到高营养级生物，部分沉降到深海，形成生物泵生物泵是将大气转移到深海的重要机制，每年约有碳通过这一途径进入深海，部分最终被埋藏在沉积物中全球变暖可能通过增强海洋层化、改变上升流CO210-15Gt模式和影响生物群落结构，对生物地球化学循环产生深远影响海洋酸化影响海洋生物钙化过程，可能改变碳循环效率准确理解和模拟这些复杂相互作用对预测未来海洋碳汇变化至关重要极端气候事件飓风形成机制海洋热浪极端天气与海洋环流热带气旋飓风、台风形成需要多种条件海洋热浪是指海水温度异常升高的极端海洋环流变化与极端天气事件有着复杂海表温度超过°的暖水区域，为风事件，持续数天至数月它们通常由大联系北大西洋环流减弱可能导致欧洲26C暴提供热量和水汽；弱的垂直风切变，气异常加热和环流变化共同导致近年极端冷事件增加；而印度洋表层变暖可使风暴能够垂直发展；一定的科氏力，来，全球海洋热浪频率、强度和持续时能增强亚洲季风极端降水海气相互作提供旋转动力；已存在的大气扰动作为间都显著增加，如年的大用模式如厄尔尼诺和北大西洋振荡显著2015-2016初始种子太平洋怪温事件影响干旱、洪水和热浪等极端事件分布海洋向大气提供的潜热是热带气旋的主海洋热浪对海洋生态系统产生严重影响，随着全球变暖，极端天气事件预计将增要能量来源气旋发展过程中，海气热包括珊瑚白化、有毒藻华和渔业资源损加，因为温暖大气含水量增加，大气环交换速率可达平常的倍以上气候变失澳大利亚大堡礁近年来经历的严重流模式改变，而海洋储存和释放热量的10化下，海表温度上升可能增加强烈热带白化事件与海洋热浪密切相关研究预方式也发生变化改进海洋观测和模拟气旋的频率和强度，特别是在边缘海域测，在中度排放情景下，本世纪末海洋能力对提高极端事件预测水平至关重要热浪频率可能增加倍15海洋微塑料问题海洋微塑料污染已成为全球性环境问题微塑料直径小于毫米的塑料颗粒来源广泛，包括塑料制品降解、工业用聚合物微珠和合成纤维据估计，每年约有万吨塑5800料进入海洋，形成约万亿个微塑料颗粒通过海洋环流和生物迁移，微塑料已扩散到全球各大洋，从海面到深海沟，从极地到赤道，无处不在

5.25微塑料对海洋生态系统的影响包括物理伤害如阻塞消化道，化学毒性吸附污染物和添加剂释放，以及对海洋生物行为和生理的潜在干扰微塑料已被发现在海洋食物网各个营养级别中积累，最终可能通过海产品影响人类健康微塑料还可能影响海气界面过程，如气体交换和表面波动，但这方面的研究尚处于早期阶段海洋微塑料问题的解决需要国际合作，包括减少塑料生产和使用、改进废物管理系统，以及开发生物降解材料等多方面措施海洋氧化层变化溶解氧浓度变化海洋缺氧区扩大全球海洋溶解氧自年代以来已减海洋中的氧最小区是氧浓度极低1960OMZ少约这一变化看似微小，但对海洋的水体，通常位于热带和亚热带海域2%生态系统产生显著影响溶解氧降低主米深度这些区域在过去200-1000要有两个原因一是海水升温降低了氧年中已扩大了约百万平方公里，

504.5气溶解度；二是上层海洋增温加强了层约相当于欧盟面积气候变化和沿海营化，减弱了垂直混合，限制了氧气向深养盐污染是导致缺氧区扩大的主要因素层输送模型预测，在高排放情景下，低氧水体扩张速率在热带海域尤其显著，到年全球海洋氧含量可能再减少对当地生态系统和渔业资源构成威胁21003-4%生态系统影响溶解氧下降对海洋生物产生多重影响不同物种对低氧的耐受能力差异很大，一般而言，大型活动性生物对低氧更敏感缺氧条件下，生物多样性降低，生态系统功能退化，渔业资源减少研究表明，低氧条件还可能改变生物地球化学循环，如促进反硝化作用，增加温室气体释放，形成正反馈此外，低氧条件下海洋生物的生理应激可能降低N2O其应对其他环境压力如温度升高、酸化的能力海洋生态系统服务生物多样性维持支持全球生态系统健康和韧性气候调节热量吸收和再分配，调节全球气候碳固定吸收二氧化碳减缓气候变化海洋提供的生态系统服务对人类社会至关重要作为全球最大的碳汇，海洋每年吸收约的人为二氧化碳排放，减缓大气二氧化碳浓度上升25-30%速度海洋浮游植物通过光合作用固定碳，部分碳通过生物泵进入深海长期储存同时，海洋吸收了以上的多余热量，减缓了全球气温上升速90%度海洋生物多样性维持是海洋生态系统服务的基础海洋容纳了地球上约的物种，从微小的浮游生物到巨大的鲸类这些生物相互作用形成复杂80%的生态网络，维持生态系统功能健康的海洋生态系统提供食物资源、沿海保护、废物处理、文化和娱乐价值等多种惠益然而，气候变化、过度捕捞、污染和栖息地破坏等人类活动正威胁海洋生态系统健康和服务功能保护和可持续管理海洋资源对维持这些关键生态系统服务至关重要海洋资源可持续利用渔业资源海洋能源生态保护策略全球约的人口依赖海洋提供的动物蛋白然而，海洋提供的可再生能源包括风能、波浪能、潮汐能和保护海洋生态系统需要多管齐下的综合策略建立海40%据联合国粮农组织估计，约的商业鱼类海洋温差能等其中，海上风电发展最为迅速，洋保护区网络是关键措施之一，目前全球约的FAO33%

7.7%种群已被过度捕捞，另有处于最大可持续捕捞年全球装机容量超过波浪能和潮汐海洋面积被划入保护区，但实际得到有效保护的比例60%202035GW水平气候变化通过改变海洋温度、酸度和氧含量，能技术也在迅速发展，但尚未大规模商业化海洋能更低基于自然的解决方案如红树林、盐沼和海草影响鱼类分布和生产力实施基于生态系统的渔业管源开发需要平衡能源需求与环境保护，确保对海洋生床恢复也日益受到重视，这些蓝碳生态系统不仅固理、建立海洋保护区网络和发展可持续水产养殖是保态系统的影响最小化综合海洋空间规划和严格的环碳效率高，还提供海岸保护、渔业栖息地等多种生态障未来渔业资源的关键策略境影响评估是可持续海洋能源开发的基础系统服务此外，减少污染、可持续渔业和综合海岸管理也是海洋生态保护的重要组成部分国际合作与研究全球海洋观测计划跨学科研究大规模科学合作全球海洋观测系统是由政府现代海洋研究日益跨学科，整合物理国际大型科学计划如世界气候研究计GOOS间海洋学委员会协调的国际项目，海洋学、海洋化学、海洋生物学、气划、国际地圈生物圈计划IOC WCRP-旨在建立全球海洋综合观测网络它候科学和社会科学等多个领域这种和未来地球计划推动了全球海IGBP包括卫星遥感、浮标、海洋测量跨学科方法能够更全面地理解海洋系洋和气候研究合作这些计划协调多Argo站和船载观测等多种平台，提供全球统复杂性和变化机制例如，研究海国研究团队共同开展大规模观测和模海洋状态的实时监测这些观测数据洋酸化影响需要结合化学、生物和物拟实验，解决复杂的科学问题国际对气候研究、海洋预报和业务应用至理过程；而制定有效的海洋管理策略极年和联合国海洋科学促进可持IPY关重要则需考虑自然科学和社会科学的见解续发展十年等特别计2021-2030划进一步促进了科学合作和知识共享科学评估报告国际科学评估报告如政府间气候变化专门委员会和政府间海洋变化IPCC专门委员会的评估为科学界、IPOC政策制定者和公众提供最新海洋和气候科学共识这些报告综合最新研究成果，评估气候变化影响和风险，为全球应对气候变化提供科学基础未来研究方向深海环流机制深海环流作为全球热盐环流的重要组成部分，对气候系统有深远影响然而，受观测技术限制，深海环流的结构和变化仍存在许多未知未来研究将通过计划和深海锚系观Deep Argo测等，加强深海观测网络建设；同时，提高模型分辨率和改进参数化方案，提升深海环流模拟能力深入理解深海环流的形成机制、变异特性和气候影响是未来重要研究方向气候变化预测提高气候变化预测能力是气候科学的核心目标未来研究将通过改进耦合模型物理过程表达、提高模型分辨率和引入机器学习等新方法，提升气候模型性能；同时，发展集合预报和概率预测技术，更好地量化预测不确定性季节至年代际预测是近期研究热点，旨在弥合天气预报和长期气候预测之间的空白准确评估极端事件变化和区域气候影响也是未来重点研究领域海洋大气耦合模型-海洋大气耦合过程是气候系统的核心未来研究将重点关注多尺度海气相互作用，-从微观界面过程到大尺度气候模态；改进边界层参数化方案，更准确模拟海气通量；探索非线性反馈机制，理解气候系统临界点和突变行为同时，发展高分辨率耦合模型，更好地模拟中尺度过程如涡旋、锋面和热带气旋等对气候的影响将生物地球化学过程纳入耦合模型也是未来发展趋势，以更全面理解海洋碳循环和生态系统变化人工智能在海洋研究中的应用人工智能和机器学习技术正在海洋科学领域得到广泛应用大数据分析是其最重要的应用方向，每天产生的海量海洋观测数据需要先AI ML进算法进行处理深度学习算法可以从卫星图像中自动识别海洋特征，如涡旋、锋面和内波等；机器学习模型可分析浮标和卫星数据中的Argo复杂模式，识别气候变化信号；自然语言处理技术用于挖掘大量科学文献中的知识在气候预测领域，机器学习模型正逐渐补充传统物理模型数据驱动模型在厄尔尼诺预测、海洋热浪预警和生态系统变化预测等方面显示出潜力混合模型结合物理原理和机器学习优势，提高预测准确性和计算效率还广泛应用于自主观测系统，使水下航行器能够根promising AI据实时数据自主调整航行计划，提高观测效率未来，随着算法发展和计算能力提升，将在海洋科学中发挥更大作用，特别是在处理非线性AI系统、多尺度相互作用和复杂数据集等方面海洋观测新技术自主水下航行器深海机器人自主水下航行器和水下滑翔机是遥控无人潜水器和载人潜水器是AUV ROV现代海洋观测的重要工具这些设备可深海探索的关键工具现代可下ROV在无人操控的情况下长时间在海洋中航潜到海底最深处，搭载高清摄像系统、行，收集水体物理、化学和生物参数机械臂和多种采样设备，能够执行复杂水下滑翔机通过改变浮力实现上下运动，的水下任务中国蛟龙号、美国阿非常节能，可连续工作数月，行程数千尔文号等载人潜水器在深海科学调查公里最新型号可下潜至米深度，中发挥重要作用这些技术使科学家能6000搭载多种传感器，极大扩展了深海观测够研究以前难以到达的深海环境，发现能力新物种和地质现象高精度传感器新型海洋传感器技术不断发展，提高了测量精度、稳定性和适用范围微型化光学传感器可测量溶解氧、叶绿素和有色溶解有机物；基于微流控技术的化学传感器可原位分析营养盐和痕量元素；基因传感器能够检测特定生物，评估生物多样性这DNA些传感器越来越小型化、低功耗和智能化，适合长期部署和集成到各类观测平台中气候变化减缓策略海洋生态修复碳排放控制恢复和保护海洋生态系统可增强碳汇能减少温室气体排放是应对气候变化的根力红树林、盐沼和海草床等蓝碳生本途径这包括发展可再生能源、提高态系统具有极高的碳封存效率研究表能效、转变交通和工业系统各国承诺明，恢复全球红树林可每年额外封存约的国家自主贡献是《巴黎协定》NDCs2碳，同时提供海岸保护和生物多

0.2Gt框架下控制碳排放的主要机制样性保护等协同效益循环经济可再生能源推进循环经济模式可减少资源消耗和废海洋提供的可再生能源是减少碳排放的物产生减少塑料使用、发展生物降解重要途径海上风电技术日益成熟，成材料和改进废物管理系统可减少海洋污本持续下降，已成为能源转型重要组成染，维护海洋生态系统健康和碳汇功能部分波浪能、潮汐能和海洋温差能等同时，可持续渔业和水产养殖可减少对技术也在不断发展，有望在未来能源结野生渔业资源的压力构中发挥更大作用海洋生态系统保护

7.7%30%全球海洋保护区年保护目标2030目前全球约的海洋面积被划为保护区，但完全×全球目标旨在到年保护的海洋

7.7%3030203030%或高度保护的比例仅约面积

2.7%80%海洋物种栖息地全球约的海洋物种依赖沿海和近海生态系统生存80%海洋保护区是维护海洋生物多样性的关键工具设计有效的保护区网络需考虑生态连通性、关键栖息MPAs地和物种迁移路径保护区网络比单个保护区更有效，因为它们能够保护生态系统的不同组成部分，并促进物种之间的基因交流科学研究表明，禁止捕捞的海洋保护区平均可使生物量增加，物种数量增加，446%21%生物体平均大小增加28%生态系统恢复是海洋保护的积极措施例如，珊瑚礁恢复包括人工繁殖和移植耐热珊瑚品种，建立珊瑚种子库，以及减少局部压力如过度捕捞和污染红树林恢复不仅增强碳汇，还为沿海社区提供防洪和渔业支持海洋保护需要多方参与，包括政府、科学界、企业、非政府组织和当地社区整合传统生态知识和现代科学，尊重原住民权利，是实现海洋可持续管理的重要途径气候变化适应策略沿海地区防御生态系统韧性沿海地区面临海平面上升、极端风暴提高生态系统韧性是适应气候变化的潮和海岸侵蚀等多重威胁适应策略重要途径这包括减少非气候压力如包括工程措施和非工程措施工程措污染和过度捕捞，建立和扩大保护区施如防波堤、防洪墙和水闸等硬防网络，以及恢复退化生态系统研究御设施提供直接保护；而沙丘恢复、表明，健康的珊瑚礁、红树林和盐沼海岸植被重建等软防御措施增强自等沿海生态系统能够更好地适应气候然缓冲能力某些地区可能需要实施变化，并为沿海社区提供自然保护屏有计划的撤退策略，将居民和基础设障生态系统适应性管理强调监测、施从高风险区域迁移到安全地带评估和调整管理措施，以应对不断变化的环境条件社会经济调整社会经济系统需要适应气候变化带来的新常态渔业管理需考虑鱼类种群迁移和生产力变化；沿海旅游业需调整季节性经营策略；基础设施设计需加入气候韧性考量发展早期预警系统和应急响应机制对减少极端事件影响至关重要同时，提供气候信息服务、技术转让和能力建设，可帮助社区和行业做出明智决策，提高适应能力金融创新如气候保险和适应基金也是支持适应行动的重要工具海洋碳汇技术人工海洋碳汇生物固碳海洋工程技术人工海洋碳汇技术旨在增强海洋吸收和储存增强海洋生物固碳是一类近自然的碳汇技术碳捕集与封存是一类工程导向的碳汇技CCS二氧化碳的能力海洋铁肥沃化是一种备受海藻养殖是其中发展最快的方向，大型海藻术这包括捕集工业排放的，并将其注CO2关注的方法，通过向铁限制海域如南大洋添通过光合作用固定碳，且生长迅速全球每入深海或海底地质构造中长期封存深海注加铁元素，刺激浮游植物生长，增强生物泵年海藻养殖已超过万吨，如能将部分生入利用深海高压环境使液化并沉降到海3000CO2效率小规模实验表明，铁添加确实可以引物量沉降到深海或用于制作持久性产品，可底；而地质封存则将注入海底渗透性岩CO2起浮游植物短期爆发，但长期碳封存效果仍实现长期碳封存层，由上覆不透水层阻止泄漏存争议修复和扩大蓝碳生态系统，如红树林、盐沼这类技术面临的挑战包括成本高昂、技术复人工上升流是另一种提议，通过将富含营养和海草床，也是增强生物固碳的重要途径杂和潜在环境风险泄漏可能导致局部CO2的深层水泵至表层，促进浮游植物生长这这些生态系统具有极高的单位面积碳封存率，海水酸化，影响海洋生态系统国际法律框类方法的碳封存效率、生态影响和经济可行且储存的碳可持续数千年研究表明，恢复架如《伦敦议定书》对海洋碳封存活动进行性仍需深入研究海洋碱化是一种减缓海洋全球退化的沿海蓝碳生态系统可每年额外封规范，要求严格的环境影响评估和监测机制酸化同时增强碳吸收的方法，通过添加碱性存碳，同时提供海岸保护、生物未来，随着技术进步和成本降低，海洋工程

0.2-

0.8Gt物质如石灰石增加海水碱度，提高碳酸盐系多样性维持等多重生态系统服务碳汇可能在气候变化减缓中发挥更大作用统吸收能力CO2海洋酸化应对监测与预警建立全球海洋酸化观测网络，实时监测值变化发展高精度传感GOA-ON pHpH器和自动化监测平台，扩大观测覆盖范围建立酸化预警系统，为敏感区域提供预报服务珊瑚礁保护识别和保护酸化抵抗力强的避难所区域培育和移植耐酸品种，增强珊瑚礁韧性减少局部压力如过度旅游、捕捞和污染，提高生态系统整体健康度海洋生态系统修复恢复海草床、红树林等沿海生态系统，提供缓冲区实施综合海洋空间规划，pH优化保护区网络布局开展海洋生态系统健康评估，指导修复优先级缓解技术研究局部海水碱化技术，保护高价值生态系统开发珊瑚礁补钙方法，辅助钙化生物适应酸化环境探索微生物辅助技术，增强生物适应能力海洋能源发展海洋生物技术海洋生物多样性新药物开发生态技术创新海洋是地球上最大的基因库，特别是深海和极海洋生物是新药开发的重要来源据统计，已海洋生物技术正助力解决环境挑战微藻生物端环境中的微生物具有独特的适应性和代谢能有十余种源自海洋的药物获批上市，主要用于燃料技术利用微藻高效光合作用生产生物柴油；力海洋生物多样性为生物技术提供了丰富资治疗癌症、疼痛和病毒感染等如抗癌药海洋微生物用于海洋污染物降解和生物修复；源，从深海热液口的嗜热菌到极地海域的抗冻源自加勒比海绵，疼痛管理药海洋生物源酶在低温洗涤剂、食品加工和生物Cytarabine蛋白，这些生物及其代谢产物具有广泛的应用源自锥形海螺毒素海洋微生物、海绵、催化领域展现优势可持续水产养殖中的生物Prialt潜力近年来，海洋生物基因组学研究取得重软体动物和海藻等是药物发现的热点类群未技术应用，如分子育种、疫苗开发和饲料改良，大进展，为海洋生物技术开发奠定基础来，随着深海采样技术和高通量筛选方法发展，正提高养殖效率和环境友好性海洋药物开发将更加高效全球海洋治理国际海洋政策《联合国海洋法公约》是全球海洋治理的基本法律框架，确立了国家管辖海域和公UNCLOS海制度《生物多样性公约》、《气候变化框架公约》等多边环境协定也对海洋保护有重要影响年达成的国家管辖范围以外区域海洋生物多样性协定是填补公海保护法律2022BBNJ空白的重要进展，为建立公海保护区、环境影响评估和海洋遗传资源惠益分享提供了法律基础海洋法规区域性海洋治理机制对全球海洋治理起到补充作用，如区域渔业管理组织、区域海洋公约和行动计划等这些机制针对特定区域海洋环境和资源管理需求，制定更具针对性的措施然而，治理碎片化导致的协调不足和执行差距仍是挑战国际海底管理局负责规范深海采矿活ISA动，面临平衡资源开发与环境保护的难题国际海事组织则通过制定规则减少船舶污染IMO和排放可持续发展目标联合国可持续发展目标中的目标水下生物专门针对海洋保护和可持续利用它设SDGs14定了年前减少海洋污染、保护海洋生态系统、解决海洋酸化、实现可持续渔业和为小岛2030屿发展中国家提供支持等具体目标联合国海洋科学促进可持续发展十年旨2021-2030在加强海洋研究能力，提供科学支持全球海洋治理需要多方参与，包括政府、国际组织、私营部门、科学界和公民社会的协作，才能应对日益复杂的海洋挑战气候变化教育公众意识提高公众对海洋与气候变化关系的认识是促进行动的关键一步多媒体传播、公共展览和公民科学项目是有效的公众教育途径如全球海洋日活动每年吸引数百万人参与，提高海洋保护意识数字技术如虚拟现实和增强现实应用可创造沉浸式体验，使公众亲历珊瑚白化或海平面上升等现象，增强情感连接科学传播将复杂的海洋和气候科学以易懂方式传达给公众是重要挑战科学家与媒体合作，通过纪录片、科普文章和社交媒体传播科学知识信息图表、动画和交互式数据可视化使抽象概念具体化针对不同受众定制传播策略，如为政策制定者提供简明政策简报，为学生开发互动教育资源，能更有效地传递关键信息环境教育将海洋和气候变化教育纳入学校课程是培养环境意识的长期战略从幼儿园到大学，各级教育可融入海洋科学元素，如小学探究性学习活动，中学跨学科项目，大学专业课程基于解决方案的学习方法不仅传授知识，还培养批判性思维和问题解决能力，使学生成为积极的变革推动者实践活动如海岸清理、学校气象站和水质监测项目，让学生获得直接经验，增强环保责任感跨学科研究气候科学生态学气候科学研究地球气候系统及其变化生态学研究生物与环境的相互关系它整合大气科学、海洋学、冰冻圈科海洋生态学关注海洋生态系统结构和学和古气候学等领域，借助观测数据功能，研究食物网动态、生物多样性海洋学和数值模型理解气候变化机制气候和生态系统服务全球变化生态学则地球系统科学动力学、辐射传输和碳循环是核心研聚焦气候变化对生态系统的影响和适海洋学研究海洋物理、化学、生物和究领域应机制地质过程物理海洋学研究洋流、波地球系统科学将地球视为一个整体系浪和混合过程；化学海洋学关注海水统，研究大气、水圈、生物圈、岩石成分和化学反应；生物海洋学研究海圈和冰冻圈之间的相互作用它强调洋生物及其环境互动；地质海洋学则系统思维，关注各圈层间的物质和能聚焦海底地质结构和演化量流动，以及人类活动的影响1海洋观测网络全球海洋观测系统是一个综合网络，由卫星遥感、浮标网络、船舶观测和固定站点等多种平台组成计划是其核心组件，由约GOOS Argo个自动剖面浮标组成全球阵列，监测海洋上层米的温度、盐度和流场深海和生物地球化学扩展了观测深度和参数范围40002000Argo Argo全球热带系泊浮标阵列在热带太平洋、大西洋和印度洋部署了约个固定浮标，监测厄尔尼诺等气候现象GTMBA70数据共享是海洋观测系统的关键原则世界海洋数据中心和各国海洋数据中心提供数据存储和访问服务开放数据政策和标准化数据格WDC式促进了跨机构和跨国界的数据共享与整合分析国际合作对维持全球观测网络至关重要政府间海洋学委员会、世界气象组织IOC WMO和各国海洋研究机构通过协调资源和技术支持，共同维护全球观测能力然而，观测系统仍存在空间覆盖不均、深海观测不足和参数有限等挑战，需要持续投入和技术创新加以解决未来十年展望科技创新1未来十年将见证海洋科技突飞猛进的发展气候治理全球协作框架将不断完善和深化可持续发展3平衡保护与利用实现海洋永续价值未来十年，科技创新将显著提升海洋观测能力自主观测系统网络将扩大，深海观测将成为常态；量子传感器和纳米技术将提高测量精度；人工智能将加速数据处理和模式识别；高分辨率全球海洋模型将实现业务化运行海洋数字孪生技术将整合实时观测和模拟，提供直观的决策支持工具气候治理方面，国际社会将加强合作应对海洋变化挑战国家管辖范围以外区域海洋生物多样性协定将开始实施，建立更全面的公海保护机制；BBNJ×全球目标有望推动保护区网络显著扩大；基于生态系统的综合海洋管理将成为主流海洋碳汇项目将纳入碳市场，为海洋保护提供新的融资渠3030道同时，海洋可持续蓝色经济将蓬勃发展，平衡保护与利用，实现海洋资源的永续价值研究挑战观测技术限制模型不确定性复杂性与非线性尽管海洋观测技术取得长足进步，但观气候和海洋模型虽然不断完善，但仍存海洋大气系统表现出高度复杂性和非线-测范围和精度仍存在重大限制深海环在显著不确定性模型分辨率限制使许性特征，使研究和预测变得困难多尺境极度恶劣，高压、低温和黑暗使深海多重要的中小尺度过程如涡旋、锋面和度相互作用从微观边界层过程到全球环探测面临巨大技术挑战目前只有不到波浪无法被直接解析，只能通过参数化流模式，形成复杂的级联效应系统中的海洋被详细探测，深海观测数据非方案近似表达，引入不确定性物理过存在多种反馈机制，如海冰反照率反馈、5%-常有限程表达的简化和参数取值的不确定性也水汽温度反馈等，有些是正反馈放大初-影响模拟结果始扰动，有些是负反馈抑制变化观测网络空间覆盖不均，热带和北半球中纬度地区观测密度较高，而极地和南初始条件不确定性和系统内部变率使短系统中可能存在临界点或阈值，超过半球观测稀疏时间序列数据长度不足期气候预测面临挑战模型间差异结构特定阈值后系统可能发生突变或不可逆也限制了对长期变化趋势和周期性变化不确定性和情景不确定性进一步增加了转变化，如大西洋经向翻转环流崩溃的认识提高观测系统的覆盖范围、参长期预测的不确定范围改进物理过程识别这些临界点和预测系统演变需要更数多样性和持续性是未来重要技术挑战表达、提高模型分辨率和发展集合预报深入理解系统动力学和发展新的非线性技术是减少不确定性的主要途径分析方法全球协作重要性科学合作知识共享综合治理海洋和气候研究是典型的大科学，需开放科学和知识共享加速科学进展开全球环境挑战需要协调一致的国际响应要全球科学家共同努力国际大型科学放获取期刊、预印本平台和科学数据共《巴黎协定》为全球气候行动提供框架，计划如世界气候研究计划和国享使研究成果更广泛传播国际评估报各国承诺的国家自主贡献是减WCRPNDCs际地圈生物圈计划协调多国研告如和评估综合最新研究成缓气候变化的主要机制《生物多样性-IGBP IPCCIPOC究团队共同开展观测和模拟实验国际果，为政策制定提供科学基础知识转公约》、《联合国海洋法公约》等多边极年和联合国海洋科学十年等特移机制如科学政策对话平台帮助科学环境协定共同构成海洋和气候治理的法IPY-别计划进一步促进了全球科学合作知识转化为实际行动律基础国际组织如联合国环境规划署、政府间海洋学委员会协调全球行动，促进技术和财政支持能力建设加强发展中国家科学和技术能力是全球协作的重要方面南北合作和南南合作项目提供技术转让、培训和基础设施支持区域卓越中心和专业网络促进知识交流和最佳实践分享教育项目如海洋学者培训计划为发展中国家POGO培养海洋科学人才提高全球科学能力有助于更全面理解海洋和气候系统，实现更公平有效的全球治理海洋在地球系统中的角色生物多样性维持支持全球的物种生存80%碳循环全球最大碳库和活跃碳汇能量调节吸收以上多余热量90%海洋是地球能量收支的主要调节者由于水的高比热容，海洋储存的热量是大气的约倍，缓冲全球温度变化海洋通过吸收和再分配太阳能量，1000驱动全球大气环流赤道地区海洋吸收热量，通过环流向高纬度输送，减缓极地严寒气候海洋和大气之间的热量交换驱动了全球水循环，影响降水格局在碳循环方面，海洋是全球最大的碳库，含有约碳，是大气碳含量的倍海洋每年吸收约的人为碳排放，减缓大气浓38,000Gt6025-30%CO2度升高海洋碳泵包括物理泵溶解和环流输送和生物泵生物固碳和沉降海洋生物多样性维持方面，海洋支持全球约的物种生存，从微CO280%小浮游生物到巨大鲸类海洋生态系统提供食物资源、沿海保护和文化价值等多种服务，对人类福祉至关重要气候变化科学前沿地球系统科学地球系统科学将地球视为一个整体系统，研究大气、水圈、生物圈、岩石圈和冰冻圈之间的相互作用与反馈这一研究视角强调系统之间的相互依存性和整体性，打破了传统学科界限地球系统模型通过耦合各子系统模型，模拟它们之间的物质能量交换和信息流动，为理解全球变化提供了工具复杂性科学复杂性科学提供了理解气候系统非线性动力学的新视角气候系统表现出自组织、突现性和适应性等复杂系统特征复杂网络分析用于研究气候系统中的远程连接和相互作用模式；临界转变理论探索系统突变机制和早期预警信号；机器学习方法用于从海量数据中识别模式和因果关系这些新方法帮助我们更好地理解气候系统的内在复杂性系统思维系统思维是应对气候变化复杂性的核心方法论它强调整体性、非线性和反馈循环，与传统的线性因果思维形成对比系统动力学模型用于模拟社会生态系统相互作用；-情景分析和路径探索用于应对深度不确定性；多尺度整合方法弥合局部与全球、短期与长期之间的鸿沟系统思维促进了跨学科合作，引导我们探索气候解决方案的协同效应和权衡取舍科技创新人工智能量子计算人工智能正在气候和海洋科学中发挥革命量子计算有望解决当前超级计算机难以处性作用深度学习算法用于分析卫星图像，理的复杂气候模拟问题量子算法可能大自动识别海洋环流特征、海冰范围和生态幅加速流体动力学计算，提高海洋和大气系统变化机器学习模型补充传统物理模环流模拟精度量子机器学习结合量子计型，提高预测精度和计算效率自然语言算优势与能力，增强模式识别和预测能AI处理技术用于挖掘大量文献，整合分散知力量子传感器利用量子效应测量微小变识等技术加速海洋生物活化，大幅提高海洋物理量测量精度虽然AlphaFold AI性化合物研究，为新药开发提供支持智实用化量子计算仍面临挑战，但各国都在能传感网络结合边缘计算实现实时监测和加大投入，预计未来十年将取得关键突破分析地球系统建模下一代地球系统模型将实现前所未有的精度和综合性超高分辨率模型可直接解析中尺度过程，减少参数化依赖；深度多层次耦合将整合更多地球系统组分，如动态冰盖、地下水和复杂生态系统；增强的数据同化技术将更有效融合观测与模型；可扩展计算框架适应异构计算架构，提高计算效率这些进步将显著提高气候预测能力，特别是区域尺度变化和极端事件预测科学伦理与责任环境保护可持续发展代际公平科学研究应遵循不伤害原则，尽量减少海洋和气候科学应致力于支持可持续发展气候变化对未来世代影响深远，当代决策对海洋生态系统的干扰海洋科学考察应目标研究成果应为决策提供科学基础，具有长期道德影响科学家有责任考虑研严格遵守环境影响评估规程，避免对脆弱平衡环境、经济和社会需求在开发海洋究和政策建议的长期影响，保护未来世代生态系统造成不可逆损害采样和监测活资源技术时，应考虑全生命周期环境影响的环境权益跨代际视角要求在政策分析动应使用低影响方法，减少对研究对象和和社会成本科学家有责任评估技术应用中采用较低的社会贴现率，避免短视偏好栖息地的干扰在敏感区域如深海热液口、的潜在风险和收益，避免过度乐观或危言保留关键生态系统功能和资源选择权是体珊瑚礁和海洋保护区开展研究时，应采取耸听跨学科合作对于全面评估可持续发现代际公平的重要原则年轻科学家和多额外预防措施，平衡科学探索与生态保护展解决方案至关重要，需要自然科学和社元声音参与是确保代际公平考量的重要保需求会科学的共同参与障，应为其提供更多参与科学决策的机会研究价值与意义科学认知海洋与气候研究拓展了人类对自然界的认知边界精确理解海洋环流动力学、海气相互作用和气候变化机制，不仅满足人类探索未知的好奇心，还丰富了地球系统科学理论体系长期观测数据和先进模型揭示了气候系统的内在规律和变化机制，为人类认识全球环境变化提供了科学基础实践指导海洋与气候科学研究为经济社会发展提供实用指导气候预测和海洋预报服务支持农业生产、渔业管理、航运安全和防灾减灾气候风险评估帮助优化基础设施规划和投资决策海洋资源可持续开发技术促进蓝色经济发展生态系统保护和恢复方法指导生物多样性保护实践研究成果直接转化为增进人类福祉的技术和策略人类福祉海洋与气候研究最终目标是促进人类社会可持续发展和福祉提升通过提高气候变化适应能力，减少自然灾害风险和损失；改善海洋环境质量，保障渔业资源和食品安全；发展海洋可再生能源，推动能源结构转型；保护海洋生态系统服务功能，维护人类健康环境研究成果直接关系到当代和未来人类的生存与发展质量希望与行动科学研究技术创新持续的科学探索是应对气候挑战的基础技术变革是实现气候目标的关键杠杆清加强观测网络，填补关键数据空白；发展洁能源技术快速发展，成本持续下降；碳先进理论和模型，提高预测能力；跨学科捕集和封存技术逐步成熟；海洋负排放技整合，全面理解系统复杂性；开展针对性1术探索新路径；数字技术赋能精准环境管研究，解决地方和区域问题科学认知的理技术创新不断拓展可能性边界，为气进步将不断为气候行动提供更坚实的基础候行动提供新工具和解决方案和创新思路全球合作社会变革气候挑战需要前所未有的国际协作加强深层次变革需要社会制度和文化转型绿多边气候治理机制，提高承诺力度和执行色金融加速资本流向可持续项目；循环经效果；促进技术和资金转移，支持发展中济模式减少资源消耗和废物产生；社区参国家行动；深化科学国际合作，共享知识与增强气候行动包容性和公平性；教育和和创新；建立利益攸关方伙伴关系，调动传播提高公众意识和参与度这些变革共全社会力量只有通过真诚合作，人类才同构建更具气候韧性和可持续性的社会系能有效应对这一全球性挑战统人类与地球相互依存共同命运可持续发展人类与海洋的关系是典型的相互依存海洋提气候变化使人类命运共同体意识更加凸显气可持续发展代表人类与海洋和谐相处的未来愿供食物、氧气、气候调节、运输通道等基本服候变化影响不分国界，虽然责任和影响分布不景它要求经济发展与环境保护和社会公平同务，维持人类生存与发展；人类活动如碳排放、均，但风险具有普遍性海平面上升威胁全球步推进蓝色经济理念强调可持续利用海洋资污染、过度捕捞等深刻影响海洋健康这种相沿海城市；极端天气事件影响粮食安全与经济源，保护海洋生态系统，公平分享海洋惠益互依存日益紧密且复杂，认识并尊重这种关系发展；海洋酸化和生物多样性丧失影响生态系社区参与和治理创新是实现可持续管理的重要是实现可持续发展的关键随着科学进步，我统服务面对这些挑战，任何国家都无法独自途径教育和意识提升帮助人们理解可持续发们更深入地理解了人类海洋系统的复杂联系应对，合作减缓和适应气候变化是人类的共同展的价值和必要性技术和政策创新为可持续-和反馈机制使命路径探索提供工具和框架结语携手应对气候变化12科学、技术与人类智慧全球合作应对气候变化需要科学引领与技术创新扎实的科学研究提跨越国界、文化和利益分歧的广泛协作是克服挑战的关键供认知基础；先进技术提供解决工具；人类智慧整合多元知政府间机制提供正式合作框架；民间组织推动草根行动；科识，寻找平衡点研机构深化知识交流；企业参与技术创新与市场转化3可持续未来建设人与自然和谐共处的未来需要系统性变革和持久承诺经济模式转向绿色低碳循环；社会结构增强气候韧性；文化价值观念重视生态保护；政治制度强化长期思维本课程系统探讨了大洋环流与海气相互作用在气候变化背景下的科学前沿我们从基础概念出发，深入理解了海洋环流的形成机制、海气交换过程及其对全球气候的影响通过剖析观测技术、数值模拟和研究方法，我们掌握了理解这一复杂系统的科学工具课程还重点分析了气候变化对海洋环境的多方面影响，包括环流变化、海平面上升、海洋酸化和生态系统响应等面对日益严峻的气候挑战，科学研究、技术创新和全球合作从未如此重要深入理解海洋与气候系统是制定有效应对策略的基础海洋在调节气候、吸收碳排放和支持生物多样性方面的关键作用，使海洋保护成为气候行动的核心内容希望通过本课程的学习，我们能更好地认识海洋与气候的深刻联系，并为建设可持续的地球未来贡献智慧和力量。