中國科學(xué)院海洋研究所張榮華研究團(tuán)隊在多圈層/多尺度相互作用的機(jī)理認(rèn)知、過程表征和模式發(fā)展等研究方面取得重要進(jìn)展，最新研究成果以論文形式在Journal of Climate, Geophysical Research Letters, Climate Dynamics, Journal of Geophysical Research, Journal of Advances in Modeling Earth Systems等期刊發(fā)表。
海洋科學(xué)主要研究海水特性及其運(yùn)動和變化規(guī)律，是一門多學(xué)科交叉的學(xué)科。對海洋的研究應(yīng)作為一個系統(tǒng)來進(jìn)行，要考慮多尺度和多圈層過程間的相互作用和反饋，采用觀測、理論和模式等不同方法相結(jié)合的綜合手段，在認(rèn)知和表征現(xiàn)象及過程基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)建模式，從而模擬、預(yù)測和預(yù)估海洋相關(guān)現(xiàn)象及其對氣候和環(huán)境變化的影響。因此，深入研究海洋與氣候和環(huán)境相關(guān)的多尺度過程以及與各圈層相互作用是當(dāng)今海洋與氣候科學(xué)領(lǐng)域的重大國際前沿課題，也是預(yù)測和應(yīng)對氣候與環(huán)境變化的基礎(chǔ)和重點(diǎn)所在。
多年來，張榮華研究團(tuán)隊一直在自行發(fā)展和改進(jìn)一個考慮熱帶太平洋多圈層/多尺度過程及其相互作用的簡化型模式系統(tǒng)，包括大氣、海洋環(huán)流與生物地球化學(xué)（AOCB）模式，同時也顯式考慮海氣界面間的淡水通量（FWF）強(qiáng)迫作用。另外，熱帶不穩(wěn)定波（TIWs）是熱帶東太平洋海區(qū)一個顯著的中小尺度海洋-大氣耦合現(xiàn)象，對海洋環(huán)流和氣候有著重要影響。為表征TIWs所引發(fā)的大氣風(fēng)場反饋影響和海洋葉綠素加熱效應(yīng)，研究團(tuán)隊利用衛(wèi)星資料來構(gòu)建與TIWs相關(guān)的海表風(fēng)場反饋模式，并耦合到大尺度AOCB模式中，構(gòu)建成一個多圈層/多尺度過程的混合型耦合模式（HCM-AOCB）。該模式為綜合考慮熱帶太平洋多圈層/多尺度海氣過程及相互作用研究提供了一個示范框架和數(shù)值模擬平臺。
一個混合型耦合模式HCM-AOCB示意圖（表征熱帶太平洋大氣和海洋環(huán)流-生物地球化學(xué)（AOCB）間相互作用）
基于此模式，已系統(tǒng)開展了海洋生物引發(fā)加熱、海氣界面淡水通量、熱帶不穩(wěn)定波等多圈層/多尺度過程間相互作用及對氣候的影響研究，其中一個重要應(yīng)用是在對厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）的調(diào)制影響方面。
ENSO是地球系統(tǒng)中最顯著的年際氣候變率信號，可引發(fā)全球天氣、氣候異常,也對我國的天氣、氣候產(chǎn)生重大影響。ENSO本身表現(xiàn)出極大的可變性，其對全球和區(qū)域天氣、氣候影響的方式也呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性。幾十年來，對ENSO廣泛而深入的研究已取得巨大進(jìn)展，使對其實時預(yù)測成為可能（詳情參見美國哥倫比亞大學(xué)國際氣候研究所網(wǎng)站https://iri.columbia.edu/our-expertise/climate/forecasts/enso/current/）。但目前海氣耦合模式對ENSO模擬和預(yù)測仍有很大的不確定性和模式模擬間的差異性，需進(jìn)一步認(rèn)清和合理表征調(diào)制ENSO的主要過程和機(jī)理，提高對ENSO及相關(guān)氣候年際異常的預(yù)測和預(yù)估能力。
當(dāng)前對ENSO的實時預(yù)測面臨瓶頸問題，認(rèn)知ENSO多樣性和復(fù)雜性成因并在模式中合理表征是解決問題的根本所在?；趶垬s華團(tuán)隊發(fā)展的HCM-AOCB模擬研究表明，熱帶太平洋中存在的多圈層/多尺度海氣過程對ENSO特性有調(diào)制作用（即反饋效應(yīng)），且這些不同過程之間又有相互作用，對ENSO產(chǎn)生的綜合影響導(dǎo)致了ENSO的復(fù)雜性和多樣性，也導(dǎo)致了ENSO預(yù)測的不確定性和模式模擬誤差及模式間的差異性。
熱帶太平洋多尺度多圈層相互作用示意圖
以上研究由張榮華研究員及其團(tuán)隊成員田豐博士、高川博士和其他合作者共同完成，研究得到中科院海洋大科學(xué)研究中心、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實驗室、中科院第四紀(jì)科學(xué)與全球變化卓越創(chuàng)新中心、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家自然科學(xué)基金等項目資助。
相關(guān)文章列表和鏈接：
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