重力遥感与导航团队利用重力卫星观测揭秘本世纪两次强厄尔尼诺的全球平均海平面差异成因

研究背景

      近日，中山大学遥感科学与技术学院重力遥感与导航团队取得最新科研进展，系统厘清了本世纪两次超强厄尔尼诺事件下全球平均海平面的变化差异及成因，为预测海平面变化、研判后续厄尔尼诺气候影响提供了科学参考。厄尔尼诺是热带太平洋典型的周期性气候现象，打乱全球大气环流，引发降水、水循环异常，直接造成全球平均海平面大幅波动，是反映全球气候系统变化的关键指标。本世纪以来，全球先后发生2014–2016年、2023–2024年两次超强厄尔尼诺事件，其中2023–2024年事件叠加全球变暖，直接刷新了全球地表温度、海冰面积的历史纪录。但两次强事件对全球海平面的影响差异、背后成因一直缺乏系统对比研究。

研究进展

      依托卫星测高、重力卫星、Argo海洋浮标等多源观测数据，研究团队聚焦2013–2024年全球海平面变化规律，重点对比分析了两次强厄尔尼诺事件中海平面的变化特征。研究数据显示，2014–2016年、2023–2024年厄尔尼诺事件期间，全球平均海平面分别抬升9.16毫米、7.70毫米。

      从成因来看，海水质量变化是两次海平面抬升的主导因素。2014–2016年事件中，海水质量变化贡献占比68%，海水温盐比容变化贡献32%；2023–2024年事件中，海水质量贡献占比提升至81%，比容变化仅贡献19%，而且海水质量导致海平面上升的爆发力显著更强，仅用8个月时间就完成了上一个厄尔尼诺事件海水质量导致海平面15个月的累积上升量。

      进一步研究发现，陆地水量流失是海平面变化的核心驱动，两次事件的陆地水入海量基本持平，分别约为23164亿吨、22942亿吨，但两次事件的陆地水源贡献结构差异显著。2014–2016年事件中，南美洲、非洲陆地水分别贡献51%、27%，北美洲水量呈反向变化；而2023–2024年事件中，南美洲陆地水流失速率大幅提升，贡献占比升至70%，北美洲贡献21%，非洲水量则转为反向变化。

      此外，研究首次明确，2023–2024年厄尔尼诺期间，印度洋偶极子与厄尔尼诺同步达到峰值，引发印度洋异常强烈增温，也是本次事件海平面变化特征区别于以往的重要关键因素。

图1. 全球平均海平面（GMSL）及其成因的年际变化：（a）2014-2016年厄尔尼诺事件期间的GMSL与海洋厄尔尼诺指数ONI；（b）2023-2024年厄尔尼诺事件期间的GMSL与ONI；（c）2014-2016年厄尔尼诺事件期间的质量海平面与比容海平面变化；（d）与（c）相同，但对应2023-2024年厄尔尼诺事件。橙色柱状图表示由重力卫星测量反演的质量海平面变化。浅蓝色柱状图表示比容海平面变化（0—2000 m），由IAP（中科院大气物理研究所）温度比容变化与SIO（斯克里普斯海洋研究所）盐度比容变化叠加而成。带圆圈的黑色曲线表示质量海平面与比容海平面变化之和。阴影区域表示厄尔尼诺事件的发展阶段。

图2. 2014-2016年与2023-2024年厄尔尼诺事件期间全球及各大陆区域陆地水储量（TWS）变化：（a）2014-2016年事件期间的年际时间序列；（b）2014年10月至2015年12月间的年际时间序列差值；（c）2023-2024年事件期间的年际时间序列；（d）2023年5月至12月间的年际时间序列差值。阴影区域表示厄尔尼诺事件的发展阶段。

图3. 2013年11月至2024年10月期间的时间序列：（a）印度洋0—300 m海洋热含量变化与海气净热通量；（b）印度洋海气净热通量的各分量。OHC：海洋热含量；Qnet：海气净热通量；ssr：净短波辐射；str：净长波辐射；slhf：潜热通量；sshf：感热通量。阴影区域表示厄尔尼诺事件的发展阶段。

成果发表

      该研究清晰阐明了自然气候波动对全球海平面变化影响的成因，有效提升了海平面年际变化的认知精度，对未来海平面预测以及即将到来的2026–2027年厄尔尼诺事件研判具有重要的应用价值。

      相关成果发表于美国地球物理联合会权威期刊《Journal of Geophysical Research: Oceans》（2026年第131卷，DOI: 10.1029/2025JC023533）。论文第一作者为中山大学遥感科学与技术学院博士生晋泽辉，钟敏教授为通讯作者，杨萌副教授、冯伟教授为共同作者。研究工作得到国家自然科学基金（42574069、12261131504）的支持。