太平洋印度洋對全球變暖的響應(yīng)及其對氣候變化的調(diào)控作用

工程名稱：太平洋印度洋對全球變暖的響應(yīng)及其對氣候變化的調(diào)控作用首席科學(xué)家：起止年限：依托部門：

謝尚平中國海洋大學(xué)2023.12023.8教育部一、關(guān)鍵科學(xué)問題及爭論內(nèi)容擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題調(diào)整和掌握作用，需要解決以下相互關(guān)聯(lián)的三個關(guān)鍵科學(xué)問題：全球變暖如何影響太平洋印度洋海疆海洋環(huán)流及其熱輸送；海洋環(huán)流及其熱輸送變化如何通過海-氣耦合過程導(dǎo)致海洋氣候?qū)θ蜃兣憫?yīng)的空間非均勻性；在全球變暖背景下海洋氣候變異的空間非均勻性如何影響東亞氣候變化。主要爭論內(nèi)容針對上述三個關(guān)鍵科學(xué)問題，本工程設(shè)計了四個方面的爭論內(nèi)容：機制變異機制，爭論構(gòu)成黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)變化的重要物理過程，提醒海洋渦旋在該系統(tǒng)位渦動力學(xué)中的作用和該系統(tǒng)對全球變暖的響應(yīng)機理 究連接上述三個海疆的主要流系〔包括印尼貫穿流和太平洋副熱帶經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流〕SST變異空間分布不均勻性中所扮演的角色。其次：全球變暖背景下打算太平洋印度洋海洋氣候響應(yīng)空間非均勻性的關(guān)鍵海洋-大氣相互作用過程描述器測時期海洋-大氣系統(tǒng)已發(fā)生的變化，以海洋-大氣相互作用理論為指導(dǎo),提醒海洋和大氣變化之間的驅(qū)動與響應(yīng)機理，從而削減氣候評估中不確定性;區(qū)分自然和人為因素對20均勻性形成中溫室氣體和氣溶膠強迫的不同作用及相關(guān)物理過程；通過數(shù)值試驗，提醒不同的海洋-大氣相互作用過程在海洋氣候不均勻性形成中的相對重要性。第三：太平洋印度洋海洋氣候響應(yīng)空間非均勻性對該海疆關(guān)鍵海-氣耦合模態(tài)的調(diào)整作用。變化影響主要海-氣耦合模態(tài)年際、年月際變化的物理機制；爭論熱帶太平洋和季節(jié)內(nèi)振蕩有關(guān)的海洋-大氣耦合模態(tài)，推測全球變暖引起的海洋-大氣主要耦合模態(tài)的強度和性質(zhì)變化。第四：全球變暖背景下太平洋印度洋海洋響應(yīng)的空間非均勻性對將來全球氣候，特別是東亞氣候變化的調(diào)整和掌握作用〔有顯著影響的據(jù)海洋變化預(yù)估將來東亞氣候變化的統(tǒng)計推測模型。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)通過對海洋-大氣相互作用物理過程的剖析，將氣候觀測資料和氣候模式結(jié)對重要性；提高對海洋在全球變化中所起作用的生疏，預(yù)估海洋環(huán)流以及海洋-學(xué)問題爭論中的話語權(quán)，效勞于應(yīng)對氣候變化這一國家重大戰(zhàn)略需求；在“海全球變暖響應(yīng)空間分布非均勻性動力學(xué)”這一國際科學(xué)爭論領(lǐng)域。五年預(yù)期目標(biāo)提醒其關(guān)鍵物理機制；變化在氣候根本狀態(tài)近幾十年及將來變化中所起的調(diào)整和掌握作用；提醒熱帶海洋-大氣相互作用過程對全球變暖響應(yīng)的物理機制，預(yù)估全球變暖背景下氣候平均態(tài)以及主要海洋-大氣模態(tài)的變化狀況，拓展海洋-大氣相互作用理論；提醒全球變暖背景下太平洋印度洋海區(qū)影響東亞氣候的關(guān)鍵過程及機估水平；60~90篇，其中40~5015~2030名。三、爭論方案學(xué)術(shù)思路全球變暖為海洋-大氣耦合動力學(xué)提出了的科學(xué)問題和進(jìn)展機遇，在全球變化區(qū)域響應(yīng)爭論中覺察很多的科學(xué)問題都與海洋動力學(xué)和海洋-大氣相互作用有關(guān)。本工程將針對這些問題，依據(jù)海洋動力學(xué)理論和海洋-大氣相互作用根本降水響應(yīng)空間分布不均勻性并導(dǎo)致海洋-大氣耦合模態(tài)的變異，調(diào)整并掌握東亞結(jié)果有機結(jié)合，通過對海洋-大氣相互作用物理過程的剖析，全面刻畫從近代到理解在全球變暖背景下，太平洋印度洋主要海洋-大氣耦合模態(tài)的物理本質(zhì)及變及全球氣候的可推測性。實施方案：觀測資料的綜合分析工程將利用iCOADS船舶觀測資料，降水、海平面高度、海外表風(fēng)場等衛(wèi)星觀測資料，Argo浮標(biāo)、CTD、XBT828個臺站資50-100年海洋環(huán)流、海洋氣候平均態(tài)和變化的主要特征；爭論過50-100年觀測中熱帶海洋-大氣耦合模態(tài)的變化；對我國氣候要素進(jìn)展歸類、就其變化特征開放比較性爭論，深入分析我國氣候的長期變化特征。IPCC報告氣候模式結(jié)果分析氣體和氣溶膠的增長試驗，確定二者對氣候系統(tǒng)變化的各自奉獻(xiàn)。工程擬通過分析CMIP3/5模式結(jié)果來確定SST增暖分布型對降水、大氣環(huán)流將來溫室氣體排放情景下的模擬結(jié)果，評估全球變暖對降水的影響。海洋和大氣現(xiàn)場觀測在模態(tài)水潛沉和耗散中的作用。20231-2月從青島動身赴黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流海疆觀測〔圖1。在模態(tài)水的潛沉區(qū)，將與兩艘日本科考船進(jìn)展聯(lián)合觀測，爭論海Argo浮標(biāo)強化觀測陣列，進(jìn)展CTD觀測站位，觀測內(nèi)參數(shù)化的進(jìn)展供給依據(jù)。圖1.黑潮黑潮延長體副熱帶逆流區(qū)域聯(lián)合強化觀測站點分布示意圖。彩色陰影為25.4等密度面上的位勢渦度〔深藍(lán)色為小值，灰色陰影為25.等密面冬季露頭區(qū)。HotSpot“黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)”動力學(xué)框架供給第一手資料。本工程如獲批準(zhǔn)，并與日本和美國開展合作，將實現(xiàn)本海疆迄今為止最大的國際海洋-大氣聯(lián)合調(diào)查。模式數(shù)值試驗工程將利用觀測資料改進(jìn)中國海洋大學(xué)目前剛進(jìn)展的高區(qū)分率全球海洋環(huán)流模式和西北太平洋海洋-大氣耦合模式，并利用改進(jìn)后的模式爭論黑潮-黑潮延長〔PartialCouplinPC〔PartialP-大氣耦合系統(tǒng)中各組AGCM、OGCM和CGCM風(fēng)各子系統(tǒng)之間的相互作用。創(chuàng)點在學(xué)術(shù)思想方面，本工程提出海洋動力過程對全球變暖的響應(yīng)打算海洋非均勻性動力學(xué)的爭論將促進(jìn)大型國際爭論打算CLIVAR和IPCC的有機結(jié)合。在爭論方法方面，以往的爭論多數(shù)留意于某一個洋盆，本工程將把熱帶太平洋/印度洋和副熱帶西北太平洋作為一個整體來爭論，充分考慮海盆之間的相互作用，并開放海盆間的比較爭論。在觀測爭論方面，本工程將要進(jìn)展國際上首次對西北太平洋低位渦水耗散過程的強化觀測，為建立位渦動力學(xué)，改進(jìn)模式供給關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)。與國內(nèi)外同類爭論相比的特色：響應(yīng)空間分布的不均勻性和海洋-大氣耦合模態(tài)的變異”這一的學(xué)術(shù)思想，在現(xiàn)代氣候變化中作用的理解，利用氣候模式模擬、預(yù)估海洋環(huán)流以及海洋-大氣耦合動力過程在將來氣候變遷中的作用，實現(xiàn)CLIVAR和IPCC兩個爭論打算之間的有機結(jié)合。在全球變暖背景下，以海洋、海-氣耦合動力學(xué)的觀點和方法工程所不同之處。可行性分析本工程的爭論方案是切實可行的,理由如下：有一支以年輕科學(xué)家為主體的爭論隊伍〔5085、能在國際科學(xué)前沿拼搏的高素養(yǎng)的爭論隊伍。首席科學(xué)家具備較高的組織領(lǐng)導(dǎo)力量和開拓的爭論領(lǐng)域的力量。具有前期理論爭論積存通過國家科技部攻關(guān)打算、973工程和基金委重大、重點、出色青年基金和面上基金等工程的相繼實施，工程首席科學(xué)家和主要成員在爭論海洋對氣候年海洋-大氣相互作用領(lǐng)域占據(jù)重要的學(xué)術(shù)地位。目前，工程組已經(jīng)開展了海洋對立項和實施奠定了堅實的根底。積存了成功的海洋調(diào)查爭論閱歷進(jìn)的分析測試、試驗設(shè)備以及數(shù)據(jù)接收和處理設(shè)備，開展了一系列太平洋-印度洋暖池海疆觀測。工程擔(dān)當(dāng)單位和主要科研人員先后參與國際海洋科學(xué)打算TOGA、WOCE、JGOFS、LOICZ的實施，將有關(guān)的爭論成果引入中國，并參與863的實施供給了豐富的爭論積存。具備進(jìn)展氣候模式爭論的工作根底和計算機條件工程擔(dān)當(dāng)單位已經(jīng)開發(fā)研制了北印度洋-西太平洋高區(qū)分率區(qū)域海氣耦合模模式研發(fā)閱歷，并逐步建立了一支以年輕科學(xué)家為主的穩(wěn)定的模式爭論開發(fā)團隊。這些模式既可為本工程供給數(shù)值模擬的工具，又為本工程研制近海-大洋環(huán)流模式供給了堅實的根底。工程擔(dān)當(dāng)單位開發(fā)的耦合模式作為進(jìn)展中國家唯一的模式參與了一系列國際模式比較打算，中科院大氣物理爭論所LASG耦合氣候系統(tǒng)模式的模擬結(jié)果連續(xù)四次被IPCC報告所引用，目前正參與IPCC第五次評估。該模式不僅在模擬力量和模塊化。有一支合作關(guān)系固定的海外和香港中、青年科學(xué)家作為合作伙伴GabeVecchiClaraDeser爭論員，美國大西WangA&MPingChang教授，SamuelS.P.Shen教授，夏威夷大學(xué)BoQiu教授、NiklasScheider副教授、HirokiTokinaga博士、JinbaoLi博士；日本東京大學(xué)HisashiNakamuraFumiakiKobashi副教授。開展中國-日本-美國聯(lián)合海洋調(diào)查2023年度剛批準(zhǔn)的重點爭論黑潮延長HotSpot美的兩個錨定浮標(biāo)之間，再增加一個錨定浮標(biāo)。本工程首席科學(xué)家與日本Hot的模態(tài)水遷移過程及其氣候效應(yīng)進(jìn)展觀測。課題設(shè)置各課題之間的關(guān)系響應(yīng)動身，通過重點爭論熱帶印度洋-太平洋海洋環(huán)流系統(tǒng)以及西北副熱帶太平洋的黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)這兩個不同的海洋環(huán)流系統(tǒng)對全球變暖估將來海洋-大氣耦合模態(tài)在氣候變化中的重要性、完善海洋-大氣相互作用理將來東亞氣候可推測性的目的。依據(jù)以上思路分為以下四個課題：熱帶太平洋印度洋海洋環(huán)流及其熱輸送對全球變暖的響應(yīng)；黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)變異機理及其對全球變暖的響應(yīng)；全球變暖對太平洋印度洋海洋-大氣耦合模態(tài)變異的調(diào)整過程及機理；太平洋印度洋對全球變暖響應(yīng)不均勻性對東亞氣候的影響。這四個課題通過不同時空尺度海洋-大氣相互作用這一紐帶相互聯(lián)系，它們2所示：2各課題之間的相互聯(lián)系課題設(shè)置和主要爭論內(nèi)容主要爭論目標(biāo)、內(nèi)容、擔(dān)當(dāng)單位和學(xué)術(shù)骨干如下：第一課題：熱帶太平洋印度洋海洋環(huán)流及其熱輸送對全球變暖的響應(yīng)爭論目標(biāo)：印度洋海洋環(huán)流對全球變暖響應(yīng)的理論體系。主要爭論內(nèi)容：熱帶海洋上層環(huán)流的變化及其對熱輸送的影響〔包括副熱帶經(jīng)向環(huán)流變化的根本對熱量輸送的影響，及其在海溫變化的空間分布不均勻性中所扮演的角色。海洋溫躍層的變化及其對海洋動力和熱力過程的影響/混合過程的影響及其對溫度變化的作用。海洋混合層變化及其在海表溫度變化中的作用洋動力、熱力過程與大氣環(huán)流的相互作用機理，探討海洋-大氣耦合過程在海洋增溫不均勻性形成中的作用。擔(dān)當(dāng)單位：國家海洋局第一海洋爭論所，國家海洋局其次海洋爭論所經(jīng)費比例：25%〔含儀器設(shè)備費〕課題負(fù)責(zé)人：方越學(xué)術(shù)骨干：王桂華，熊學(xué)軍，劉琳，廖光洪其次課題：黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)變異機理及其對全球變暖的響應(yīng)爭論目標(biāo)：潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)及其熱輸送對全球變暖的響應(yīng)機理，定量評估它的理論體系。主要爭論內(nèi)容：構(gòu)成黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)的重要物理過程水之間的聯(lián)系通道；提醒黑潮延長體的變率遠(yuǎn)大于東海黑潮變率的動力機制。黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)對全球變暖的響應(yīng)及其對海洋氣候的調(diào)整和掌握作用在對黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)中的海洋-大氣相互作用物理過程生疏對全球變暖的響應(yīng)及其在全球變暖背景下海溫順降水空間分布非均勻性形成中所起的調(diào)整和掌握作用。在全球變暖背景下，黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)變異對重要天氣-氣候現(xiàn)象的可能影響在全球變暖背景下，爭論黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)影響海洋溫度鋒SST特別影響大氣邊界層和對流物理機制。擔(dān)當(dāng)單位：中國海洋大學(xué)，南京信息工程大學(xué)含出海調(diào)查，儀器費和工程共用經(jīng)費〕課題負(fù)責(zé)人：謝尚平學(xué)術(shù)骨干：劉秦玉、徐海明、張?zhí)K平、李培良第三課題：全球變暖對太平洋印度洋海洋-大氣耦合模態(tài)變異的調(diào)整過程及機理爭論目標(biāo)：性形成和海-氣耦合模態(tài)變化的關(guān)鍵物理過程；通過對海洋氣候響應(yīng)的不均勻性爭論，評估并減小氣候變化模擬的不確定性，提高將來氣候推測精度。主要爭論內(nèi)容：全球變暖對太平洋印度洋海洋-大氣根本態(tài)的影響。描述全球變暖過程中，太平洋印度洋海區(qū)海洋-大氣根本場的變化分布特征，〔溫躍層、海表溫度、海平面高度、海洋降水、海面氣壓等〕及其對全球變暖的響應(yīng)，探尋全球變暖背景下海洋-大氣相互作用過程。太平洋印度洋海洋-大氣耦合主要低頻模態(tài)及其相互作用的變化。了解太平洋印度洋主要耦合模態(tài)〔ENSO，IOB，IOD，PDO，NPO等〕的這些主要海洋-大氣耦合模態(tài)的聯(lián)系以及在全球變暖下強度、頻率、位相等時空特征的變化，提醒全球變暖背景下太平洋印度洋海區(qū)海洋-大氣耦合模態(tài)的特征。熱帶太平洋印度洋海區(qū)高頻海洋-大氣振蕩模態(tài)對全球變暖的響應(yīng)。提取關(guān)鍵海洋-大氣變量的時空構(gòu)造與統(tǒng)計規(guī)律，重點分析熱帶太平洋印度洋海疆的高頻海洋-大氣耦合模態(tài)，爭論在全球變暖背景下，由于熱帶海洋-大氣合模式的改進(jìn)與氣候推測供給的線索。擔(dān)當(dāng)單位：中國海洋大學(xué)，中科院南海海洋爭論所經(jīng)費比例：13.3%課題負(fù)責(zé)人：陳戈學(xué)術(shù)骨干：趙朝方、李春、莊偉、鄭小童第四課題：太平洋印度洋對全球變暖響應(yīng)不均勻性對東亞氣候的影響爭論目標(biāo):用，預(yù)估在全球變暖背景下東亞氣候變化的主要特征和可能消滅的變異。主要爭論內(nèi)容：全球變暖背景下關(guān)鍵海區(qū)對東亞氣候系統(tǒng)影響過程和機制爭論全球變暖背景下海溫變化的空間非均勻分布如何影響大尺度大氣環(huán)流〔Hadley環(huán)流、Walker環(huán)流〕的變異；理解在這些大尺度環(huán)流變異背景下，變異；探討不同海區(qū)以及海洋-陸地溫度特別分布不均勻性對東亞夏季風(fēng)、西太立統(tǒng)計模型，進(jìn)展動力-統(tǒng)計推測爭論。全球變暖背景下太平洋印度洋變異對東亞氣候可推測性的影響海洋-大氣耦合模態(tài)對全球變暖的響應(yīng)特征，爭論太平洋印度洋變異對東亞氣候的東亞氣候系統(tǒng)統(tǒng)計推測模式。全球變暖背景下東亞〔特別是中國〕氣候變化的特征及機制〔特別是我國東部地區(qū)演化特征及其與全球氣候年月際變化的聯(lián)系,評估關(guān)鍵的海-氣耦合模態(tài)在東亞氣候變化中的相對重要性，預(yù)估關(guān)鍵海-氣耦合模態(tài)的將來變化趨勢及對東亞氣候變化的可能影響。擔(dān)當(dāng)單位：中科院大氣物理爭論所，中國海洋大學(xué)經(jīng)費比例：13.3%課題負(fù)責(zé)人：黃剛學(xué)術(shù)骨干：嚴(yán)邦良、黃菲、張井勇、胡開明四、年度打算爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)

特征；第 洋、大氣系統(tǒng)的長期變化信號。2. 完成氣候耦合模式的模擬結(jié)果收集CMIP3和CMIP5氣候模式一預(yù)備；初步分析太平洋印度洋海區(qū)海

CMIP3數(shù)據(jù)進(jìn)展分CMIP5數(shù)據(jù)的分析打算；耦合系統(tǒng)的主要物理過程；年 洋、大氣及海氣耦合系統(tǒng)的特 4. 完成出海觀測的具體打算。征；制定出海觀測具體打算。

論文4-6篇。1.

1. 變暖的響應(yīng)特征；帶海洋環(huán)流主要系統(tǒng)對全球變 2. 初步給出黑潮-黑潮延長體-副熱暖的響應(yīng)狀況；第2. 爭論主要海氣耦合模態(tài)及其相變化趨勢爭論不同輻射強迫對氣候的影響；二3.爭論熱帶海區(qū)對東亞氣候的年析；

理；3. 明確海氣耦合系統(tǒng)的長期變化態(tài)的主要物理過程及其長期變化；年4. 完善現(xiàn)場觀測打算與日美合作4. 了解東亞平均氣候和極端天氣為海上調(diào)查做預(yù)備；5. 預(yù)備中期評估材料。

候可預(yù)報性的年月際規(guī)律；工程設(shè)備，儀器到位；爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)目標(biāo)和進(jìn)展?fàn)顩r進(jìn)展必要的調(diào)整；在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文10-158-1237名。1.獵取低位渦水形成和耗散區(qū)的在模態(tài)水潛沉區(qū)和耗散區(qū)實施和美國的國際觀測合作；爭論黑潮-黑潮延長體-副熱帶逆流系統(tǒng)的海洋內(nèi)部通道及其年月該系統(tǒng)的長期變化特征及其對

的特征及對模態(tài)水的影響；提醒被太平洋副熱帶-熱帶海洋第大氣影響的動力學(xué)特征；3.CMIP5第大氣影響的動力學(xué)特征；3.CMIP5海氣耦合模式結(jié)果分析上層海洋構(gòu)造對全球變暖三模式進(jìn)展上層海洋的敏感性試驗；年4.提醒海溫非均勻性響應(yīng)中耦合相互作用在全球變暖下變化的海洋、大氣過程；5.分析全球變暖下非均勻性海溫內(nèi)的影響機理；〔包括溫躍層層和混合層對全球變暖響應(yīng)的根本特征與機制；說明導(dǎo)致海溫增暖非均勻性的球變暖中耦合模態(tài)相互作用的變化特征；綜合提醒海溫非均勻增暖