随着全球变暖持续，海洋热浪将更加频繁、更加强烈，且持续时间更长。
最大的海洋热浪被称为“大暖斑”，于2015年发生在北太平洋，给海洋生态系统带来了灾难性后果。
已有研究探讨“大暖斑”是否为复合事件，即两种或以上类型的极端事件同时发生，无论是在陆地上还是在海洋中。
有三个至关重要的研究领域需要关注：如何界定条件是否属于“极端”，分析海洋内部，以及了解极端事件如何影响生物和生态系统。
极端天气造成的毁灭性影响已深深烙印在我们的集体记忆之中。仅2021年一年世界就经历了北美洲西部破纪录的高温、欧洲、中国和西非的致命洪水，以及地中海地区的野火。
与陆地上发生的这些事件并行的是，海洋同样经历着极端状况。2015年，北太平洋出现了有记录以来规模最大的海洋热浪，被简称为“大暖斑”。
随着地球变暖，海洋热浪 可能会变得更加强烈、更加频繁，且持续时间更长。 正如我们在《自然》》上发表的最新论文所解释的那样，我们还将看到更多两种或以上类型的极端事件同时发生的情况，如“大暖斑”。
这些“复合”事件可能比单一热浪造成更具毁灭性的影响，会影响诸如微小浮游植物、海鸟和海狮等海洋生物。
太平洋上的“大暖斑”
2015至2016年间，热带太平洋大部分海域经历了与强烈厄尔尼诺事件相关的海表温度创纪录高位，导致珊瑚礁大面积白化和死亡。
与此同时，北太平洋出现了极端高温，这一事件后来被称为“大暖斑”。在2015年的峰值期，“大暖斑”覆盖了约400万平方公里（km2）的海洋，范围从阿拉斯加延伸至下加利福尼亚。
“大暖斑”对海洋生态系统造成了巨大影响，导致初级生产力下降（即海洋植物制造生存和生长所需养分的过程），并迫使鱼类和其他生物迁往更凉爽的栖息地寻找食物。有害藻类的长期大量繁殖也对贻贝和蟹类渔业造成了毁灭性影响，进而导致海鸟、海豹和海狮大量死亡。
毫不意外，“大暖斑”当时成为了新闻头条。《国家地理》例如，该杂志将其描述为“炙烤太平洋的大暖斑”。“大暖斑”的一些生态后果至今仍然存在，多个海洋动物种群尚未完全恢复。
“三重复合”极端事件
我们的研究利用了区域海洋生物地球化学模型的模拟数据，不仅探讨了表征“大暖斑”的极端高温，还研究了当时东北太平洋上层水体在其他方面是否同样异常，尤其是其含氧量和酸度（以海水pH值衡量）。
当两种或以上类型的极端事件同时发生时，无论是在陆地上还是在海洋中，都被称为“复合”事件。双重复合（两种类型）甚至三重复合（三种类型）事件正在给海洋生态系统带来新的、且在很大程度上未经量化的压力。我们的研究旨在检验2013至2015年间北太平洋的“大暖斑”是否为一次复合极端事件，这或许可以部分解释其对海洋生物造成的毁灭性影响。
下图显示了“大暖斑”所在东北太平洋区域的时间序列。浅橙色阴影表示海洋热浪发生的时段（单一事件）。深橙色和紫色分别表示海洋热浪与低含氧量或极低pH值同时发生的双重复合事件。灰色表示三种类型的极端事件同时发生的时段。
该图表以灰色阴影显示了2015年东北太平洋的数个月份。这表明热浪与酸度和含氧量的极端值同时出现，使得“大暖斑”至少有一部分属于三重复合事件。图表还显示，在2015年峰值之前，出现了多次双重极端事件（深橙色和紫色），这使得2013年至2015年的“大暖斑”时期，与可追溯至1980年代的记录相比极为罕见。
如下方左侧地图中的灰色区域所示，三重复合极端事件覆盖了广阔的海域。灰色越深，表明极端状况穿透海洋的深度越大。
地图显示，三重复合极端事件呈大弧形延伸，从加拿大西南海岸一直延伸至外海，总覆盖面积接近20万平方公里。随附图表显示，该事件向下延伸至海洋70米及更深处。
鉴于“大暖斑”的规模和范围，将其对海洋生态系统造成的部分观测后果归因于海洋酸度和低含氧量同时出现的极端状况，放大了这场长期热浪的影响，这种推断并非毫无道理。
极端事件更加频繁的未来
作为我们研究的一部分，我们对海洋温度、酸度和含氧量的极端事件进行了全球模型分析，从而将“大暖斑”的结果置于全球视角之下。
海洋中的极端事件是一种全球现象，不过也存在极端事件最为强烈的热点区域。在海表，最严重的极端事件发生在热带东太平洋以及中高纬度地区。在海洋深处，最强烈的事件主要发生在低纬度地区。
我们的结果显示，从工业化前时期至今，海洋热浪的发生频率已增加10倍，低含氧量极端事件的发生频率约增加了5倍。海洋酸度极端事件已变得基本接近常态化，这意味着其增幅接近100倍。
这些显著增长直接源于海洋变暖、氧气耗竭（称为“脱氧”）和海洋酸化的上升趋势，而这些现象主要由向大气中排放的二氧化碳所引起。因此，我们可以高度确信地指出，海洋热浪和海洋酸化极端事件的增加主要是由人类活动造成的。
展望未来，这意味着只要大气中的二氧化碳浓度和地球温度持续上升，这三种类型的极端事件都将增加。这也表明，复合事件（即两种或以上极端事件同时发生）在未来也更有可能出现。
这一点至关重要，因为这些极端事件正在给海洋生物和生态系统带来巨大的新压力，而这些压力可能在海洋变暖、海洋酸化和海洋脱氧等演变较慢的趋势显现之前很久就已出现。例如，极端事件的发生速度或复发频率，可能会超出生物应对极端条件的自我调节机制。
应对威胁：三大主要途径
尽管复合极端事件可能对海洋生物和生态系统造成有害影响，但人们对其仍知之甚少。我们认为，必须大力加强三个关键领域的研究。
首要问题是界定条件是否属于“极端”的标准。在我们的文章中，我们采用了相对阈值方法，即当关注的属性超过长期季节平均值的第99百分位（针对温度和酸化）或低于第1百分位（针对含氧量）时，即定义为极端日。虽然这是极端事件研究中最常用的方法，但它可能会高估极端事件对能够快速适应的海洋生物所产生的影响。
一种截然不同的方法是采用绝对阈值，例如维持新陈代谢所需的最低氧气浓度，或海水酸化到具有腐蚀性的临界点。此类标准的选择需着眼于特定的影响。
其次，目前对海洋表层以下极端状况的直接观测仍非常有限。所幸的是，得益于“生物地球化学Argo”等近期进展，这一状况正在迅速改善。该计划部署了由自主剖面浮标组成的船队，实时监测海洋状况。由于大多数海洋生物生活在数百米的水深范围内，因此观测海洋内部至关重要。
第三个也是最大的挑战在于，我们对极端事件如何影响生物和生态系统的理解非常有限。尤其是，人们对双重或三重复合事件的影响几乎一无所知。在我们的论文中，我们概述了需要更深入理解的不同过程，其范围涵盖从细胞层面直至决定生态系统结构和功能的各类机制。例如，热休克蛋白的表达有助于在单一极端事件期间稳定基本生理功能，而生态系统可能会通过物种组成向较不脆弱的物种转变，以适应极端事件频率的增加。
更好地理解海洋极端事件，尤其是其对海洋生物和生态系统的影响，将有助于制定应对后果的策略。例如，这可能包括临时关闭渔场，以减轻系统所承受的其他压力。
这项工作也将有助于增进我们对海洋变暖、海洋脱氧和海洋酸化等演变较慢过程之影响的理解，因为预计今日极端事件中所遇到的状况，几十年后将成为常态。
