Nature和Science作为全球顶尖期刊，涵盖广泛领域，其内容繁杂。我们精心甄选了2024年这两刊中与地学相关的杰出论文，重点聚焦海洋遥感、物理海洋学、海洋测绘和大地测量。通过这些精选文章，我们为地学研究人员、学生和专业人士提供了一份宝贵的文献指南，助力他们掌握最前沿的科学进展，推动地学研究的发展。
西边界流对局地气候影响
Larson, J. G., Thompson, D. W. J. & Hurrell, J. W. Signature of the western boundary currents in local climate variability. Nature 634, 862–867 (2024).
本研究揭示了西部边界流对局地气候变率的深刻影响，通过高分辨率分析，发现海表温度（SST）异常与大气垂直运动和降水分布存在显著关联。作者指出，SST变率不仅影响低层大气，还对对流层中层产生重要作用，并通过高分辨率气候模型验证了这一机制的普遍性。该研究创新地采用精细空间分析方法，拓展了对复杂海气相互作用的理解，为区域气候预测提供了新视角。
海洋中尺度涡旋驱动和增强海洋次表层热浪和冷潮
He, Q. et al. Common occurrences of subsurface heatwaves and cold spells in ocean eddies. Nature 634, 1111–1117 (2024).
这项研究首次揭示了中尺度涡旋对全球海洋次表层热浪（MHWs）和冷潮（MCSs）的关键驱动作用，特别是在副热带环流和中纬度洋流系统中。这些次表层极端温度事件与表层事件显著分离，其发生与强烈的涡旋动力学密切相关。研究表明，随着全球变暖，中尺度涡旋对次表层MHWs和MCSs的影响正在加剧。研究提出通过卫星高度计数据识别涡旋来预测次表层温度异常的潜力，为海洋灾害预警和管理提供了重要启示。
利用数百万部手机绘制电离层地图
Smith, J. et al. Mapping the ionosphere with millions of phones. Nature 635, 365–369 (2024).
这项研究利用数百万部智能手机的GNSS数据填补传统监测站的覆盖空白，绘制了高精度电离层总电子含量（TEC）地图。研究展示了智能手机在科学观测中的巨大潜力，不仅提高了数据分辨率，还改善了定位精度，尤其是在发展中地区。通过创新的数据处理方法，克服了手机测量噪声高的挑战，成功捕捉等离子泡和磁暴增强密度等现象。这为基于大众设备的大规模科学观测开辟了新方向，同时推动了空间天气和定位技术的发展。
2023年南极海冰减少及其对海气相互作用的显著影响
Josey, S. A. et al. Record-low Antarctic sea ice in 2023 increased ocean heat loss and storms. Nature 636, 635–639 (2024).
2023年南极海冰创纪录减少导致海洋-大气相互作用显著改变。研究发现，冬季海洋热量损失加倍，热损失峰值推迟至6月中旬，且高密度水团形成量大幅增加，同时风暴频率显著提高。这些变化可能对南极底层水形成、全球洋流和气候系统产生深远影响。该研究强调极端气候事件对南大洋的冲击，呼吁进一步研究其长期影响，为理解极地与全球气候联动提供重要依据。
中国主要城市地面沉降
Ao, Z. et al. A national-scale assessment of land subsidence in China’s major cities. Science 384, 301–306 (2024).
这篇文章系统评估了2015至2022年间中国主要城市的地面沉降状况，揭示约45%的城市土地每年沉降超过3毫米，16%超过10毫米，主要由地下水开采和建筑荷载引发。文章采用InSAR技术结合GNSS数据，提供高分辨率沉降图，预测海平面上升与沉降的复合风险。研究强调了控制地下水开采的重要性，并为城市规划和防灾减灾提供了科学依据，具有重要的社会与政策意义。
海洋气候变化对登革热传播的影响
Chen, Y. et al. Indian Ocean temperature anomalies predict long-term global dengue trends. Science 384, 639–646 (2024).
该研究将印度洋海盆广域（IOBW）指数引入登革热流行预测，巧妙揭示了海洋气候变化与全球公共卫生的跨学科联系。通过分析IOBW事件对局部温度的远程作用机制，研究强调了海洋海表温度异常作为疾病传播驱动因素的重要性。此成果不仅拓展了海洋科学在气候与健康领域的应用，也为基于海洋气候动态的疾病预警系统提供了新视角，彰显了海洋科学在应对全球性挑战中的关键角色。
ENSO对NAO的滞后一年效应
Scaife, A. A. et al. ENSO affects the North Atlantic Oscillation 1 year later. Science 386, 82–86 (2024).
这项研究首次揭示了ENSO对NAO的滞后一年效应，不仅扩展了ENSO遥相关的时空范围，还挑战了传统的同时性假设。其通过观测和模型验证指出，ENSO引发的大气角动量异常缓慢极向传播是关键机制。这一发现为跨年度气候预测提供了新方向，强调了ENSO在中高纬度气候变化中的深远影响。未来研究应进一步探索该机制在不同气候情景下的表现，为改进季节和年度气候预测模型提供科学支持。
气候变暖推迟全球时间
Agnew, D. C. A global timekeeping problem postponed by global warming. Nature 628, 333–336 (2024).
该研究指出，全球变暖加速冰川融化，导致地球自转速度变化，迫使调整协调世界时（UTC）。这一发现不仅展示了气候变化对地球物理属性的深远影响，还揭示了其对现代科技基础设施，如计算机网络和通信系统，带来的潜在挑战。研究强调，气候变化的多维度影响需要引起高度重视，并促使相关机构提前规划和调整时间标准，以确保全球技术系统的稳定运行。这进一步凸显了应对气候变化的紧迫性和复杂性。
SWOT深海构造学研究
Yu, Y., Sandwell, D. T. & Dibarboure, G. Abyssal marine tectonics from the SWOT mission. Science 386, 1251–1256 (2024).
SWOT任务（Surface Water and Ocean Topography）由NASA与法国国家空间研究中心（CNES）联合开展，采用相位相干的宽波段雷达高度计技术，实现了对全球海洋表面高度的高精度测量。研究表明，仅一年时间内，SWOT数据在海洋重力测量方面的细节信息超过了过去30年的卫星正视高度计数据，能够以8公里的空间分辨率检测复杂的海底结构。这一突破性进展不仅显著提升了海底测绘的精度，还为构造板块重建、水下导航及深海混合过程研究提供了关键数据支持。SWOT任务的持续进行将推动海洋地球物理学的发展，深化对深海构造过程的理解，并为海洋资源勘探和环境监测等应用领域带来重要影响。
深海染料证实湍流混合理论
Wynne-Cattanach, B. L. et al. Observations of diapycnal upwelling within a sloping submarine canyon. Nature 630, 884–890 (2024).
该研究在一个倾斜的海底峡谷内释放染料，直接观测到深海中沿等密度面的强烈近底上升流，速率约为每天100米，并伴随近边界与内部流体的绝热交换。这一发现提供了确凿证据，支持之前关于地形特征（如峡谷）促使全球显著上升流的理论。观测到的上升流速率约为全球平均净上升流需求的1万倍（约30 × 10⁶立方米每秒），显示小尺度湍流混合在深海大规模环流中的关键作用。这些结果有助于深化对全球翻转环流和深海混合过程的理解。
海平面变化导致美国沿海城市消失
Ohenhen, L. O., Shirzaei, M., Ojha, C., Sherpa, S. F. & Nicholls, R. J. Disappearing cities on US coasts. Nature 627, 108–115 (2024).
该研究预测到2050年，美国沿海海平面将上升0.25–0.3米。研究结合高分辨率的地面垂直运动和海拔数据，评估了32个主要沿海城市的潜在淹没区域。结果显示，即使考虑现有的海岸防御结构，仍有1,006至1,389平方公里的土地、55,000至273,000人口及31,000至171,000处房产面临被淹没的风险。研究强调，未考虑城市内空间差异的地面沉降可能导致暴露风险预估不准确，凸显了美国沿海城市在适应气候变化方面面临的巨大挑战。
北极超慢扩张洋中脊岩浆活动的显著变化
Zhang, T. et al. Highly variable magmatic accretion at the ultraslow-spreading Gakkel Ridge. Nature 633, 109–113 (2024).
该研究通过在北极海域的加克尔脊进行高分辨率海底地震仪（OBS）实验，首次详细成像了地球上扩张速率最慢的中洋脊的地壳结构。结果显示，加克尔脊轴沿线地壳厚度在3.3公里至8.9公里之间变化，并在过去500万年中从约4.5公里增加到约7.5公里。这一高度可变且较大的地壳厚度与被动地幔上升模型不符，支持由熔融提取引起的热和成分密度变化驱动的活跃地幔流模型。研究表明，超慢扩张脊的地壳增厚变异性可能是其固有特征，强调了地幔温度和组成在地壳形成中的重要作用。
湍流级联驱动模式形成的研究
de Wit, X. M., Fruchart, M., Khain, T., Toschi, F. & Vitelli, V. Pattern formation by turbulent cascades. Nature 627, 515–521 (2024).
该研究展示了如何利用湍流能量级联生成有序模式。传统湍流中，能量从大尺度向小尺度转移并最终耗散，而研究者通过非耗散的奇粘度机制，使能量在中间尺度堆积，形成具有可调波长的模式。奇粘度类似科里奥利力，促使小尺度流动二维化，进而触发非线性交互导致模式形成。通过理论分析和大规模模拟，研究表明这一机制在自然系统如大气流、恒星等中普遍存在，揭示了湍流中模式形成的新途径，拓展了对湍流动力学的理解。
南极冰架自1973年以来逐步失去锚定点
Miles, B. W. J. & Bingham, R. G. Progressive unanchoring of Antarctic ice shelves since 1973. Nature 626, 785–791 (2024).
该研究通过光学卫星影像追踪1973年至2022年南极冰架锚定点的变化，发现自1973年以来，冰架变薄现象在阿蒙森海和威尔克斯陆沿岸逐步扩展。1973-1989年期间，仅有15%的锚定点减小，随后在1989-2000年和2000-2022年分别增加到25%和37%。这种趋势削弱了冰架的支撑能力，导致陆地冰流加速入海，进一步推动南极对全球海平面上升的贡献。研究强调，长期监测锚定点变化对于预测未来冰架动态和海平面上升至关重要。
卫星遥感揭示海上广泛工业活动
Paolo, F. S. et al. Satellite mapping reveals extensive industrial activity at sea. Nature 625, 85–91 (2024).
该研究结合卫星影像、船舶GPS数据和深度学习模型，绘制了2017年至2021年全球沿海水域的工业船舶活动和海上能源基础设施图谱。结果显示，全球72–76%的工业渔船未被公开跟踪，主要集中在南亚、东南亚和非洲地区。同时，运输和能源船舶活动中有21–30%未被公开跟踪。COVID-19疫情初期（2020年）全球渔业活动减少了约12%，至2021年尚未恢复到疫情前水平，而运输和能源活动则相对稳定。此外，海上风电迅速增长，2021年海上风力涡轮机数量已超过油气设施。研究揭示了海上最广泛且经济重要的人类活动变化，为海洋工业化提供了关键见解。
2023年土耳其东部地震序列地表变形
Meng, J. et al. Surface deformations of the 6 February 2023 earthquake sequence, eastern Türkiye. Science 383, 298–305 (2024).
研究团队通过综合分析地震和地质测量数据，发现初始断层位于死海断层区，但最大位移和能量释放（震级7.8）在24秒后转移到东安纳托利亚断层区（EAFZ）。超过7小时后，EAFZ与东西走向的Çardak-Sürgü断层交汇处发生了一次震级4.5的余震，随后86分钟又发生了第二次大地震（震级7.5），表明两次地震之间存在因果关系。此外，研究还深入探讨了连接断层系统的滑动如何适应全球板块运动。这些发现有助于改善地震预测模型，增强地震灾害防御措施，并为沿断层区域的居民和基础设施保护提供科学依据。
2023年土耳其东部地震的远场地表变形
Ergintav, S. et al. Unexpected far-field deformation of the 2023 Kahramanmaraş earthquakes revealed by space geodesy. Science 386, 328–335 (2024).
2023年2月6日，土耳其卡赫拉曼马拉什发生了震级7.8和7.6的两次强震。研究团队利用土耳其广泛且连续的全球导航卫星系统（GNSS）网络，发现这些大地震引发了超过700公里的远场地壳变形，远超弹性错动模型的预测。这些远场变形能够动员构造板块并触发远距离地震，对地震危险性评估具有深远影响，要求重新审视地壳变形和地震力学的相关理论。这一发现为理解大规模地震过程提供了重要数据，推动了地震预测和灾害防御策略的改进。
(2024完)
