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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁 > 科研進(jìn)展

研究揭示太平洋熱帶不穩(wěn)定波的歷史長(zhǎng)期變化趨勢(shì)

2024-02-01 南海海洋研究所

【字體：大中小】

語音播報(bào)

熱帶不穩(wěn)定波（TIWs）是熱帶太平洋最顯著的中尺度動(dòng)力過程之一，由赤道流系的剪切不穩(wěn)定產(chǎn)生，表現(xiàn)為赤道東太平洋海表流場(chǎng)和海表溫度的月周期、1000km級(jí)擾動(dòng)。TIWs海流擾動(dòng)將赤道區(qū)域上涌的冷海水與赤道外暖海水經(jīng)向攪拌混合，影響赤道區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽分布和熱量收支平衡，進(jìn)而影響海洋生態(tài)環(huán)境和氣候長(zhǎng)期變化。自20世紀(jì)90年代以來，熱帶太平洋經(jīng)歷了類似拉尼娜現(xiàn)象的平均狀態(tài)變化，影響太平洋沿岸乃至全球的氣候和天氣變化（如臺(tái)風(fēng)和ENSO等）。然而，由于赤道海流缺乏觀測(cè)以及衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)難以計(jì)算赤道海流，TIWs等赤道動(dòng)力過程的長(zhǎng)期演變規(guī)律尚不清楚，限制了科學(xué)家對(duì)熱帶太平洋氣候長(zhǎng)期變化的認(rèn)知與預(yù)估。?????

為解決衛(wèi)星高度計(jì)診斷赤道海表流場(chǎng)的難題，該團(tuán)隊(duì)自主提出了衛(wèi)星高度計(jì)診斷非平衡態(tài)海表流場(chǎng)的動(dòng)力方程，考慮到加速度項(xiàng)與壓強(qiáng)梯度力平衡，且不是傳統(tǒng)的地轉(zhuǎn)平衡。利用該方程，該研究診斷出TIWs近30年的海表流場(chǎng)數(shù)據(jù)。結(jié)果與錨定浮標(biāo)觀測(cè)接近。研究基于這一數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，TIWs在此期間持續(xù)增強(qiáng)，其海流渦動(dòng)能（EKE）每十年增長(zhǎng)12%。同時(shí)，研究利用其他3套獨(dú)立數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)論與衛(wèi)星高度計(jì)診斷結(jié)果一致。?

大尺度海洋環(huán)流和海溫風(fēng)場(chǎng)的趨勢(shì)分析表明，TIWs增強(qiáng)的動(dòng)力機(jī)制是源于熱帶東太平洋氣候近30年赤道南北不對(duì)稱變化。赤道以北增暖更快，伴隨跨赤道南風(fēng)增強(qiáng)、赤道海流加速，使海流剪切加強(qiáng)、TIWs增強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，伴隨TIWs增強(qiáng)，TIWs的經(jīng)向攪拌效應(yīng)加強(qiáng)，使冷舌區(qū)的非線性加熱效應(yīng)每十年增加23%，故在海洋長(zhǎng)期熱收支平衡中不可忽視，是近期熱帶東太平洋氣候態(tài)變冷的負(fù)反饋項(xiàng)。這說明TIWs在響應(yīng)氣候變化的同時(shí)，反饋影響熱帶太平洋的海溫變化。目前，大部分氣候模式因分辨率較粗（1°×1°）而無法分辨TIWs過程，無法反映TIWs對(duì)冷舌的非線性加熱效應(yīng)，可能造成一定的模擬偏差（如赤道冷舌區(qū)的冷偏差）。未來，氣候模擬和預(yù)估需要考慮TIWs這一反饋?zhàn)饔茫ㄈ缤ㄟ^參數(shù)化或提高模式分辨率）。 ?

該研究揭示了太平洋TIWs對(duì)歷史氣候變化的顯著響應(yīng)，表明了TIWs深度參與并反饋影響氣候變化，為研究海洋多尺度動(dòng)力過程響應(yīng)和影響氣候變化提供了參考。 ?????

該研究由南海海洋所和美國(guó)斯克里普斯海洋研究所合作完成。研究工作國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作項(xiàng)目、熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究項(xiàng)目和南海海洋所自主部署項(xiàng)目等的支持。 ?????

論文鏈接

太平洋熱帶不穩(wěn)定波（TIWs）現(xiàn)象及其強(qiáng)度長(zhǎng)期變化序列。a.?日平均衛(wèi)星海表溫度；b.?TIWs強(qiáng)度多年代際序列（紅色：衛(wèi)星高度計(jì)EKE；黑色：錨定浮標(biāo)單點(diǎn)觀測(cè)EKE；品紅：衛(wèi)星海表溫度經(jīng)向梯度的方差；藍(lán)色：OFES2模擬EKE，灰色陰影是模式集合）。細(xì)線：年平均，粗線：9年滑動(dòng)平均，已去除1993-2021年氣候態(tài)平均。

近30年熱帶太平洋海溫、風(fēng)場(chǎng)和海表環(huán)流的變化趨勢(shì)。a. 海表溫度和海面風(fēng)場(chǎng)趨勢(shì)；b.?東太跨赤道海溫不對(duì)稱變化（海表溫度北側(cè)減南側(cè)）；c. 海表高度和海表流場(chǎng)趨勢(shì)；d. 南赤道流（SEC，0°-4°N平均）流速長(zhǎng)期變化。b/d為9年滑動(dòng)平均，已去除1993-2021年氣候態(tài)平均。 ?????

近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海洋動(dòng)力熱力過程課題組杜巖團(tuán)隊(duì)，在赤道太平洋海洋動(dòng)力長(zhǎng)期變化研究中取得了新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades為題，發(fā)表在《自然-氣候變化》（Nature Climate?Change）上。熱帶不穩(wěn)定波（TIWs）是熱帶太平洋最顯著的中尺度動(dòng)力過程之一，由赤道流系的剪切不穩(wěn)定產(chǎn)生，表現(xiàn)為赤道東太平洋海表流場(chǎng)和海表溫度的月周期、1000km級(jí)擾動(dòng)。TIWs海流擾動(dòng)將赤道區(qū)域上涌的冷海水與赤道外暖海水經(jīng)向攪拌混合，影響赤道區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽分布和熱量收支平衡，進(jìn)而影響海洋生態(tài)環(huán)境和氣候長(zhǎng)期變化。自20世紀(jì)90年代以來，熱帶太平洋經(jīng)歷了類似拉尼娜現(xiàn)象的平均狀態(tài)變化，影響太平洋沿岸乃至全球的氣候和天氣變化（如臺(tái)風(fēng)和ENSO等）。然而，由于赤道海流缺乏觀測(cè)以及衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)難以計(jì)算赤道海流，TIWs等赤道動(dòng)力過程的長(zhǎng)期演變規(guī)律尚不清楚，限制了科學(xué)家對(duì)熱帶太平洋氣候長(zhǎng)期變化的認(rèn)知與預(yù)估。?????為解決衛(wèi)星高度計(jì)診斷赤道海表流場(chǎng)的難題，該團(tuán)隊(duì)自主提出了衛(wèi)星高度計(jì)診斷非平衡態(tài)海表流場(chǎng)的動(dòng)力方程，考慮到加速度項(xiàng)與壓強(qiáng)梯度力平衡，且不是傳統(tǒng)的地轉(zhuǎn)平衡。利用該方程，該研究診斷出TIWs近30年的海表流場(chǎng)數(shù)據(jù)。結(jié)果與錨定浮標(biāo)觀測(cè)接近。研究基于這一數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，TIWs在此期間持續(xù)增強(qiáng)，其海流渦動(dòng)能（EKE）每十年增長(zhǎng)12%。同時(shí)，研究利用其他3套獨(dú)立數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)論與衛(wèi)星高度計(jì)診斷結(jié)果一致。?大尺度海洋環(huán)流和海溫風(fēng)場(chǎng)的趨勢(shì)分析表明，TIWs增強(qiáng)的動(dòng)力機(jī)制是源于熱帶東太平洋氣候近30年赤道南北不對(duì)稱變化。赤道以北增暖更快，伴隨跨赤道南風(fēng)增強(qiáng)、赤道海流加速，使海流剪切加強(qiáng)、TIWs增強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，伴隨TIWs增強(qiáng)，TIWs的經(jīng)向攪拌效應(yīng)加強(qiáng)，使冷舌區(qū)的非線性加熱效應(yīng)每十年增加23%，故在海洋長(zhǎng)期熱收支平衡中不可忽視，是近期熱帶東太平洋氣候態(tài)變冷的負(fù)反饋項(xiàng)。這說明TIWs在響應(yīng)氣候變化的同時(shí)，反饋影響熱帶太平洋的海溫變化。目前，大部分氣候模式因分辨率較粗（1°×1°）而無法分辨TIWs過程，無法反映TIWs對(duì)冷舌的非線性加熱效應(yīng)，可能造成一定的模擬偏差（如赤道冷舌區(qū)的冷偏差）。未來，氣候模擬和預(yù)估需要考慮TIWs這一反饋?zhàn)饔茫ㄈ缤ㄟ^參數(shù)化或提高模式分辨率）。 ?該研究揭示了太平洋TIWs對(duì)歷史氣候變化的顯著響應(yīng)，表明了TIWs深度參與并反饋影響氣候變化，為研究海洋多尺度動(dòng)力過程響應(yīng)和影響氣候變化提供了參考。 ?????該研究由南海海洋所和美國(guó)斯克里普斯海洋研究所合作完成。研究工作國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作項(xiàng)目、熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究項(xiàng)目和南海海洋所自主部署項(xiàng)目等的支持。 ?????論文鏈接太平洋熱帶不穩(wěn)定波（TIWs）現(xiàn)象及其強(qiáng)度長(zhǎng)期變化序列。a.?日平均衛(wèi)星海表溫度；b.?TIWs強(qiáng)度多年代際序列（紅色：衛(wèi)星高度計(jì)EKE；黑色：錨定浮標(biāo)單點(diǎn)觀測(cè)EKE；品紅：衛(wèi)星海表溫度經(jīng)向梯度的方差；藍(lán)色：OFES2模擬EKE，灰色陰影是模式集合）。細(xì)線：年平均，粗線：9年滑動(dòng)平均，已去除1993-2021年氣候態(tài)平均。近30年熱帶太平洋海溫、風(fēng)場(chǎng)和海表環(huán)流的變化趨勢(shì)。a. 海表溫度和海面風(fēng)場(chǎng)趨勢(shì)；b.?東太跨赤道海溫不對(duì)稱變化（海表溫度北側(cè)減南側(cè)）；c. 海表高度和海表流場(chǎng)趨勢(shì)；d. 南赤道流（SEC，0°-4°N平均）流速長(zhǎng)期變化。b/d為9年滑動(dòng)平均，已去除1993-2021年氣候態(tài)平均。
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