目前国际海洋研究领域一般推荐用海洋次表层XBT（Expendable bathythermograph，抛弃式测温仪器）温度观测数据（图6），XBT是1970年到2001年海洋次表层最主要的温度观测仪器，占1970-2001年所有次表层温度数据的41%。尽管基于这个仪器的观测数据存在各种问题，例如时空分布非常不均匀，数据存在系统性偏差等，但这是目前仅有的历史资料里的核心部分。
图6. 船用抛弃式测温仪器包括探体、发射器、甲板处理单元及数据显示记录仪器，其中探体是发射入水中消耗掉的部分，一般为鱼雷型流线造型。探体头上安置有温度传感器，并将采集的信号通过信号线传输到船上甲板处理单元。探体入水后，探体上的电极通过海水与接地线形成回路，温度测量电路开始工作，采集海水温度的同时计算探体下落的深度，探体达到最大深度后，铜细线自动断开，完成本次测量。
因为XBT数据存在系统性偏差，XBT数据也经常被称为“不成熟”的数据之一。如何订正XBT偏差？如何更好地使用历史XBT数据？从2008至今，国际不同的研究小组提出了超过10种偏差订正方案，以订正历史XBT数据的系统性偏差。在2014年11月举办了第四次XBT科学研讨会议上，XBT研究小组首次面向气候变化、物理海洋学术界对如何使用XBT数据提出建议, 建议订正XBT偏差时考虑下面多种因素：需同时订正温度和深度偏差、订正时需考虑不同仪器的差异、不同海水温度的影响、历史不同时期偏差不一致等问题。中国科学院大气物理研究所朱江和成里京研究团队在2014年提出的海洋数据偏差订正方案脱颖而出，成为目前国际上推荐的最佳订正方案。
另外海洋中存在大量缺测的区域，需要利用已有的观测去“推算”无观测区域的温度变化。这种“推测”的物理基础是海洋各个区域的变动都不是独立的，而是具有丰富的相关性。大气所研究团队利用海洋丰富的时空相关性，提出了一个新的空间插值方案，新的方法使用集合最优插值方法，并利用耦合模式比较计划的多模式历史模拟提供动力集合样本，以提供更好的初始场（作为一个先验估计）和背景误差协方差（定义了信息如何从有观测的区域传递到无观测的区域），该方法有效地克服了目前主流方案主要问题。依据以上发展技术，研究团队重建了一个新的自1940年以来全球海洋上层2000米的温度数据集，并不断对数据进行更新，此数据为水平1度×1度网格、垂向从1m到2000m总共41层，月平均的从1940到现在的温度数据，此数据目前可以从大气所网站免费下载（http://159.226.119.60/cheng/）。
系统性分析和评估表明：该数据集能够很准确的再现1940-2015历史区间内的气候平均态、年代际变化（如PDO）、年际变率（如ENSO）、以及长期趋势。此外，由NCAR牵头的研究比较了目前最常用的6种次表层格点温度数据（IPRC、SCRIPPS、EN4.1、JAMSTEC77、IAP）对2004-2014之间地球系统能量收支的估计，发现基于次表层温度格点数据的结果在月际尺度误差很大。尽管如此，大气所的格点数据在所用的六种观测数据中误差最小。
根据这套数据做的新的海洋变暖估计比政府间气候变化专门委员会第五次评估报告中的估计快约13%，反映了更快的全球变暖速率。该研究从能量角度表明气候变暖并没有减缓，相反，海洋和地球系统在加速吸收热量，特别是深海变暖在加速。此外，更准确的海洋热含量估计解决了困扰气候变化科学界的“消失的能量”之谜（即大气层顶能量收支与海洋热含量变化不匹配的现象）。该研究成果于2017年发表在《Science Advances》杂志上(Cheng et al., 2017)，被美国第四次国家气候评估-气候科学评估报告直接使用，被英国皇家学会选为IPCC-AR5之后的主要进展之一。
另外，国际政府间气候变化第五期评估报告（IPCC-AR5）列出的5个海洋热含量变化估算中，最小的估计竟只有最大的估计的一半（图7）。对于海洋变暖速度估算的不确定性，一方面限制了人们对全球变暖的科学认知，影响地球系统能量不平衡、气候敏感性等关键气候参数的估算；另一方面也极大的阻碍了对气候模型的评估，基于误差较大的海洋资料，不可能来评估气候模型对于过去气候的模拟状况，也限制了数值模式对未来做出合理的预估。
图7.（上图）全球上层2000米海洋热含量变化：过去的变化和未来预估。右侧样条为2081-2100年预估值。（下图）新的海洋热含量估计（蓝色）比IPCC-AR5中的五个估计（灰色）显示出更强的同期海洋变暖速率。气候模型的同期模拟结果（黄绿色）
最近中国科学院大气所成里京副研究员联合美国圣-托马斯大学J. Abraham、加州大学伯克利分校Z. Hausfather和美国大气研究中心K. Trenberth在《Science》上撰文，对上述问题进行了解答(Cheng et al., 2019)。他们利用大气物理研究所最新的海洋上层2000米热含量数据，以及更新和改进了方法的日本气象厅、澳大利亚联邦科学与工业研究组织、美国普林斯顿大学等的新数据，重新估算了海洋上层热含量的变化。结果表明各个数据使用新的方法之后，显示出非常一致的自1955年以来的全球海洋热含量上升趋势。
在1971-2010期间，全球海洋上层2000米变暖速率为0.36~0.39 Wm-2。新的估算显示出比IPCC-AR5更强的海洋变暖速率：IPCC-AR5的同期估计仅为0.20~0.32 Wm-2（图6）。此外，海洋变暖在上世纪90年代后显著加速：1991年后海洋上2000米变暖速率为0.55~0.68 Wm-2。这直接反映了人类活动持续排放的温室气体对海洋的影响。
气候模型能否准确模拟过去的海洋变化呢？Science研究表明，耦合模式比较计划5（CMIP5）模型集合平均可以非常好的模拟历史海洋变暖：1970-2010年间，CMIP5模拟的海洋上层2000米变暖速率为0.39 Wm-2，与最新的观测几乎一致（图6）。模型对过去情况的优秀的模拟效果极大提升了其对未来预估的可信程度。根据CMIP5模型预估，在RCP8.5情景下（假设未来不采取任何减排的气候政策），2081-2100年间，整个上层2000米海洋将平均变暖0.78摄氏度（相对于1991-2005的气候状态），这是过去60年海洋变暖总量的6倍！在RCP2.6情景下（假设未来气候政策可以接近或达到《巴黎协定》目标），2081-2100年间海洋上层2000米将平均变暖0.4摄氏度。
人类活动已经深刻的改变了海洋环境，海洋增温已经造成了海平面上升、溶解氧下降、极端事件加剧、珊瑚白化等后果。然而，由于海洋对温室气体响应的“滞后效应”，海洋正在加速变暖，更强的海洋增暖将发生在本世纪。即使接近或者达到《巴黎协定》目标，海洋升温及其带来的影响也将持续。若不积极应对，未来人类和地球生态系统都将面临严重的气候风险。
在过去6-8年里，全球变暖停滞（Hiatus）成为气候变化领域内火爆的话题，也催生了大量的Science和Nature级别论文，以及更多的专业论文。这个概念基于在1998的超强厄尔尼诺现象之后，全球的地表气温的增温幅度有限（图7），例如，在国际政府间气候变化特别委员会（IPCC）的第五次评估报告（IPCC-AR5）里，全球地表平均温度序列表明：1951年以后的平均升高速度为0.11±0.03摄氏度/10年，而在1998-2012期间，全球地表平均温度升温速率仅为0.05±0.10摄氏度/10年，这无疑是明显的增暖停滞或者增暖减缓的表现。一些反对/质疑气候变化的人趁机迅速将“气候变暖的谎言”以及与之相伴的阴谋论等观点炒热。…
