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中国科学院院士吴立新:海洋“热斑”成为气候变化的重要调节器

发布日期:2021-11-24 17:54   来源:未知   阅读:

  政府间气候变化专门委员会第五次工作报告显示:全球气候变暖对海洋产生了重大影响。在21世纪,全球海洋将持续变暖,热量将从海表向深海穿透,并影响海洋环流。同时,海洋会对气候变化带来更为复杂的深层影响。那么,在全球极端天气气候事件增多的背景下,海洋到底扮演着怎样的角色?在气候变化研究与应对方面,气象和海洋在合作上又有哪些新的期待呢?本报记者日前专访了中国科学院院士吴立新。

  长期以来,吴立新从事大洋环流基本理论、海—气相互作用和气候年代际变化、海洋环流与气候系统数值模拟等方面的研究。

  “从气候变化的角度讲,海洋主要决定着气候系统的热惯性,其对热量的吸收能力和对大气的加热过程在全球气候变化中起着十分重要的作用。”吴立新分析说,大洋副热带西边界流及其延伸体,不仅是气候系统中热量与物质输运的主动脉之一,还是海洋与大气相互作用最显著的区域之一,“在气候系统中起着牵一发而动全身的作用”。从气候预测的角度来看,副热带西边界流区中的模态水储存着大气变化的信息,并能够持续到年代际甚至更长的时间尺度,因此可以说是气候系统变异重要的信息存储器。

  大洋西边界流对全球气候变化起着重要的调节作用,正是吴立新在研究中得到的重要发现。所谓西边界流,主要是在大洋西侧由于地转效应造成的能量汇聚而形成,在副热带海区、副极地海区、热带海区、大西洋以及南大洋都发挥着重要的作用,将全球海洋热量进行输送,使不同地区能量与物质得以交换。因此,认识和理解西边界流的多时空尺度变异特征和机制并预测其未来变化已成为全球变化研究中的国际前沿科学问题之一。

  吴立新告诉记者:“最新研究表明,在全球变暖背景下,近百年来海洋升温最显著区域主要集中在全球大洋副热带西边界流区,其增暖趋势大约是全球平均的两倍至3倍,呈现一种热斑效应。”他发现,这种“热斑”效应的产生很可能是由于全球变暖导致副热带西边界流加速,增强的西边界流将更多的低纬度暖水向高纬度输送,进而导致相应海区的快速增暖。西边界流区的这种“热斑”效应很可能引起冬季风暴、夏季梅雨以及局地大气环流等显著变化,进而影响区域乃至全球气候,导致强气旋、强降雨等极端事件的发生。

  吴立新解释说:“海洋具有巨大的热惯性,这导致海洋和陆地气候变化的最显著差异反映在时间尺度上。”这主要表现在,陆地气候常受到大陆气团的控制,其气候变异的周期较短、振幅较大;海洋气候变化具有缓变性特征,即气候变异的时间尺度通常达到年际至年代际甚至更长。

  目前,针对海洋和气候变化关系的科学研究多集中在近海领域,那么,气候变化对深海影响的机理研究到底面临着哪些困难与挑战?吴立新表示,虽然深海大洋在气候系统中具有至关重要的作用,然而由于海洋观测技术发展的限制以及海洋观测系统构建的不成熟,目前对深海大洋的直接观测研究仍非常有限。

  “这直接制约着对深海大洋与气候变化的研究以及未来气候预测的能力。”他认为,加强对深海大洋能量与物质循环过程的观测研究,提高对深海动力环境变异机理的认识已成为海洋物理研究上面临的巨大挑战,尤其是在拓展2000米以下的深海观测方面,加强对海洋热含量和海洋淡水平衡的观测研究,量化其变异对于诊断和预估全球变暖和气候变化尤为重要。这项工作需要发动各种力量来共同推进。

  在海洋动力过程及海—气之间的能量交换的研究上,也体现出合作的必要。这可以有效提高对台风灾害的预测水平。据吴立新介绍,目前海洋和气象部门在台风预测方面的合作才刚刚开始。他认为,对于台风路径的预测总体来说比较成熟,然而对于台风强度的预测还存在着很多问题。其中一个重要原因就是对于海洋动力过程和海—气能量交换在台风形成、发展和消亡过程中的作用没有非常清晰的认识。目前,我国已在南海初步构建了潜标观测阵列,这为研究海洋动力过程在台风生消阶段中的作用提供了强有力支撑。然而,关于海—气通量的直接观测数据仍非常匮乏。构建一个覆盖西太平洋—南海—印度洋的海—气通量浮标观测网,将有利于深化台风与海—气能量交换之间的关系研究,提升台风预测水平。

  同时,吴立新也提出“透明海洋”的大胆构想,即建立一个覆盖该海区的立体海洋观测网,实时或准实时地获取该海区不同空间尺度的海洋多学科综合环境信息,研究其多尺度变化及其气候与资源效应机理,并在此基础上建立一套预测系统,能够预测未来特定一段时期内海洋环境、气候及资源的时空变化,使其成为“透明海洋”。

  “这是一项长期艰巨而且充满巨大挑战的科学工程,需要构建从海洋表层到海底,从近岸、远洋到极地的立体、长期连续甚至是精细化的综合观测系统、深刻把握海洋多重时空尺度变化的过程与机理以及构建准确预测海洋变化的预测系统。” 他认为,将海洋变为“透明海洋”,是实现维护海洋权益与国家安全、应对气候变化及防灾减灾、保护海洋生态系统环境和安全有效开发利用深海战略资源的必由之路。