【青岛日报】中科院海洋所王凡团队:追踪“暖池”,摸透厄尔尼诺“脾气”

撰稿: 海洋研究所 发布时间:2020-07-03

  山东省自然科学一等奖得主、中科院海洋所王凡团队:

  追踪“暖池”摸清厄尔尼诺“脾气”

  □青岛日报/青岛观/青报网记者 李勋祥

   

  西太平洋暖池,是全球最热的海域,平均海温高于28摄氏度,也由此成为东亚季风和厄尔尼诺现象的策源地。深入了解暖池温度和盐度结构(简称“热盐结构”)、变异机理,对于气候变化的研究、科学认识和预测极其重要。

  经10年研究攻关,中科院海洋研究所王凡团队完成“热带西太平洋暖池热盐结构与变异的关键过程和气候效应”项目,不仅在世界范围内提高了对西太平洋暖池的认识,而且阐明了暖池温盐变异引起的气候效应,据此发展出的新型气候变化预报系统,显著提高了对近年来厄尔尼诺事件的预报能力。这些成果,把西太平洋暖池的研究从二维阶段推进到了三维阶段,并初步奠定了我国在该领域的国际领跑地位。在刚刚召开的山东省科技创新大会上,该项目斩获省自然科学一等奖。

  深海潜标观测,首次揭开西太平洋暖池完整面纱

  自上世纪80年代以来,热带西太平洋海洋环流调查研究就成为国际海洋与气候研究热点区域,多个国家组织实施过规模不一的海上调查。王凡团队在西太平洋暖池研究中最主要的科学突破,是在国际上首次把西太平洋暖池的三维热盐结构刻画出来。

  “以前的认识主要集中在表层海温上,但深层的温度、盐度和海流结构都不清楚。这主要是由于对暖池的直接测量资料极为匮乏,因此对暖池特征和变化机理都缺乏深入认知。”王凡团队成员、中国科学院海洋研究所研究员李元龙说,“我们先后组织了3次大规模调查,在西太平洋暖池投放两套深海测流潜标,实现对暖池核心的全深度观测,获取了温度、盐度和海流的同步连续资料。”在西太平洋暖池投放的两套深海潜标,后来发展成为由20多套潜标组成的中科院潜标观测网,并实现了数据资料的实时化传输。这个观测网的规模在国际上也属罕见,被权威学术期刊《自然》赞誉为“郑和下西洋600年后又一壮举”。

  通过投放潜标,分析相应数据,王凡团队在暖池内部发现了新的水团并命名为“北太平洋热带次表层水”。与此同时,他们还发现了丰富的中小尺度热盐结构。根据这些研究,最终清晰刻画出了西太平洋暖池完整的三维热盐结构,从而把对西太平洋暖池的科学研究从二维阶段推进到了三维阶段,在世界范围内提高了对西太平洋暖池和气候变化的认识。

  搞清我国华南秋季严重干旱原因,弥补经典理论不足

  一般来说,当厄尔尼诺事件发生时,我国降水总体上会呈现“南北多、中间少”的空间分布,涝重于旱。然而,在2009年发生的中部型厄尔尼诺事件中,我国南方却出现了严重秋季干旱和粮食减产现象。对此,经典厄尔尼诺理论无法解释。

  “在理解和认识西太平洋暖池结构的基础上,我们集中研究了这次干旱的原因。”李元龙介绍,通过资料分析,发现中部型厄尔尼诺事件对太平洋增暖位置极为敏感,增暖位置越靠西越容易造成干旱。他们利用大气环流模式实验,最终阐释了暖池海温异常增暖造成我国华南秋季严重干旱的机理。“结果表明,暖池海温的增暖才是我国南方秋季干旱的主要原因。”

  这项重要的科学发现,揭示了暖池温盐变异对厄尔尼诺现象和我国华南降水变化的重要影响。由暖池温盐变异引起的气候效应调查研究表明:西太平洋暖池盐度变化能够影响厄尔尼诺事件的发展,而海温变化则影响我国华南降水。

  这个发现不仅弥补经典厄尔尼诺理论的不足,而且为东亚气候变化的研究和改善我国降水预报提供了新思路,对于华南西部夏秋季水库库容管理也有重要指导意义。

  正常年份和东部型厄尔尼诺事件发生时,西南地区夏季和秋季降水均较多,夏季水库就不应储水较多;而当中部型厄尔尼诺事件发生时,秋季干旱会导致水库储水不足,为避免这个问题应提前在夏季增加储水量。

  将厄尔尼诺有效预报提前半年以上,是全球最准确的预报模式之一

  多年来,对厄尔尼诺事件的准确预报一直是一个科学难题。“厄尔尼诺事件的影响比较容易推算出来,最难的环节是预报厄尔尼诺能不能发生。”李元龙说。比如,在2014年,国际上几乎所有的主要科研机构都预报说会发生厄尔尼诺,但却没有发生;2015年,当大家几乎都预报不会发生时,却发生了史上最强的厄尔尼诺事件之一。

  通常,厄尔尼诺事件可以在提前三到四个月精准预报,但提前半年就很困难。王凡团队根据对西太平洋暖池结构的认识、变异机理的把握,在预报模式中加入了海洋盐度模块,发展出了新型的气候变化预报系统,在保证准确率的同时,把有效预报的时间提前到半年甚至更早。

  令人欣喜的是,王凡团队对近年来几乎所有的厄尔尼诺事件的预报都取得了成功。据悉,新系统提前9个月以上成功地预报出2015年厄尔尼诺事件的爆发、发展过程及其强度。滚动预测结果保持稳定,从2015年3月份至2016年1月份的预测结果与实际的观测演变完全相符。

  目前,该预报系统已经进入常规化业务应用阶段,预报结果多次被中办/国办、国家海洋局、国家气候中心、国家海洋环境预报中心和军方业务部门采用。

  业界认为,该项目的科研成果,加强了我国在相关学界领域的国际影响力和话语权,推动了由我国发起并主导的“西北太平洋海洋气候实验”(NPOCE)计划的实施,初步奠定了我国在西太平洋暖池研究领域从“跟跑”到“领跑”的转变。