山東省自然科學(xué)一等獎得主、中科院海洋所王凡團(tuán)隊：
追蹤“暖池”摸清厄爾尼諾“脾氣”
□青島日報／青島觀／青報網(wǎng)記者 李勛祥
西太平洋暖池，是全球最熱的海域，平均海溫高于28攝氏度，也由此成為東亞季風(fēng)和厄爾尼諾現(xiàn)象的策源地。深入了解暖池溫度和鹽度結(jié)構(gòu)（簡稱“熱鹽結(jié)構(gòu)”）、變異機(jī)理，對于氣候變化的研究、科學(xué)認(rèn)識和預(yù)測極其重要。
經(jīng)10年研究攻關(guān)，中科院海洋研究所王凡團(tuán)隊完成“熱帶西太平洋暖池?zé)猁}結(jié)構(gòu)與變異的關(guān)鍵過程和氣候效應(yīng)”項目，不僅在世界范圍內(nèi)提高了對西太平洋暖池的認(rèn)識，而且闡明了暖池溫鹽變異引起的氣候效應(yīng)，據(jù)此發(fā)展出的新型氣候變化預(yù)報系統(tǒng)，顯著提高了對近年來厄爾尼諾事件的預(yù)報能力。這些成果，把西太平洋暖池的研究從二維階段推進(jìn)到了三維階段，并初步奠定了我國在該領(lǐng)域的國際領(lǐng)跑地位。在剛剛召開的山東省科技創(chuàng)新大會上，該項目斬獲省自然科學(xué)一等獎。
深海潛標(biāo)觀測，首次揭開西太平洋暖池完整面紗
自上世紀(jì)80年代以來，熱帶西太平洋海洋環(huán)流調(diào)查研究就成為國際海洋與氣候研究熱點區(qū)域，多個國家組織實施過規(guī)模不一的海上調(diào)查。王凡團(tuán)隊在西太平洋暖池研究中最主要的科學(xué)突破，是在國際上首次把西太平洋暖池的三維熱鹽結(jié)構(gòu)刻畫出來。
“以前的認(rèn)識主要集中在表層海溫上，但深層的溫度、鹽度和海流結(jié)構(gòu)都不清楚。這主要是由于對暖池的直接測量資料極為匱乏，因此對暖池特征和變化機(jī)理都缺乏深入認(rèn)知?！蓖醴矆F(tuán)隊成員、中國科學(xué)院海洋研究所研究員李元龍說，“我們先后組織了3次大規(guī)模調(diào)查，在西太平洋暖池投放兩套深海測流潛標(biāo)，實現(xiàn)對暖池核心的全深度觀測，獲取了溫度、鹽度和海流的同步連續(xù)資料?！痹谖魈窖笈赝斗诺膬商咨詈摌?biāo)，后來發(fā)展成為由20多套潛標(biāo)組成的中科院潛標(biāo)觀測網(wǎng)，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資料的實時化傳輸。這個觀測網(wǎng)的規(guī)模在國際上也屬罕見，被權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》贊譽(yù)為“鄭和下西洋600年后又一壯舉”。
通過投放潛標(biāo)，分析相應(yīng)數(shù)據(jù)，王凡團(tuán)隊在暖池內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了新的水團(tuán)并命名為“北太平洋熱帶次表層水”。與此同時，他們還發(fā)現(xiàn)了豐富的中小尺度熱鹽結(jié)構(gòu)。根據(jù)這些研究，最終清晰刻畫出了西太平洋暖池完整的三維熱鹽結(jié)構(gòu)，從而把對西太平洋暖池的科學(xué)研究從二維階段推進(jìn)到了三維階段，在世界范圍內(nèi)提高了對西太平洋暖池和氣候變化的認(rèn)識。
搞清我國華南秋季嚴(yán)重干旱原因，彌補(bǔ)經(jīng)典理論不足
一般來說，當(dāng)厄爾尼諾事件發(fā)生時，我國降水總體上會呈現(xiàn)“南北多、中間少”的空間分布，澇重于旱。然而，在2009年發(fā)生的中部型厄爾尼諾事件中，我國南方卻出現(xiàn)了嚴(yán)重秋季干旱和糧食減產(chǎn)現(xiàn)象。對此，經(jīng)典厄爾尼諾理論無法解釋。
“在理解和認(rèn)識西太平洋暖池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，我們集中研究了這次干旱的原因?！崩钤埥榻B，通過資料分析，發(fā)現(xiàn)中部型厄爾尼諾事件對太平洋增暖位置極為敏感，增暖位置越靠西越容易造成干旱。他們利用大氣環(huán)流模式實驗，最終闡釋了暖池海溫異常增暖造成我國華南秋季嚴(yán)重干旱的機(jī)理?！敖Y(jié)果表明，暖池海溫的增暖才是我國南方秋季干旱的主要原因。”
這項重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，揭示了暖池溫鹽變異對厄爾尼諾現(xiàn)象和我國華南降水變化的重要影響。由暖池溫鹽變異引起的氣候效應(yīng)調(diào)查研究表明：西太平洋暖池鹽度變化能夠影響厄爾尼諾事件的發(fā)展，而海溫變化則影響我國華南降水。
這個發(fā)現(xiàn)不僅彌補(bǔ)經(jīng)典厄爾尼諾理論的不足，而且為東亞氣候變化的研究和改善我國降水預(yù)報提供了新思路，對于華南西部夏秋季水庫庫容管理也有重要指導(dǎo)意義。
正常年份和東部型厄爾尼諾事件發(fā)生時，西南地區(qū)夏季和秋季降水均較多，夏季水庫就不應(yīng)儲水較多；而當(dāng)中部型厄爾尼諾事件發(fā)生時，秋季干旱會導(dǎo)致水庫儲水不足，為避免這個問題應(yīng)提前在夏季增加儲水量。
將厄爾尼諾有效預(yù)報提前半年以上，是全球最準(zhǔn)確的預(yù)報模式之一
多年來，對厄爾尼諾事件的準(zhǔn)確預(yù)報一直是一個科學(xué)難題?！岸驙柲嶂Z事件的影響比較容易推算出來，最難的環(huán)節(jié)是預(yù)報厄爾尼諾能不能發(fā)生。”李元龍說。比如，在2014年，國際上幾乎所有的主要科研機(jī)構(gòu)都預(yù)報說會發(fā)生厄爾尼諾，但卻沒有發(fā)生；2015年，當(dāng)大家?guī)缀醵碱A(yù)報不會發(fā)生時，卻發(fā)生了史上最強(qiáng)的厄爾尼諾事件之一。
通常，厄爾尼諾事件可以在提前三到四個月精準(zhǔn)預(yù)報，但提前半年就很困難。王凡團(tuán)隊根據(jù)對西太平洋暖池結(jié)構(gòu)的認(rèn)識、變異機(jī)理的把握，在預(yù)報模式中加入了海洋鹽度模塊，發(fā)展出了新型的氣候變化預(yù)報系統(tǒng)，在保證準(zhǔn)確率的同時，把有效預(yù)報的時間提前到半年甚至更早。
令人欣喜的是，王凡團(tuán)隊對近年來幾乎所有的厄爾尼諾事件的預(yù)報都取得了成功。據(jù)悉，新系統(tǒng)提前9個月以上成功地預(yù)報出2015年厄爾尼諾事件的爆發(fā)、發(fā)展過程及其強(qiáng)度。滾動預(yù)測結(jié)果保持穩(wěn)定，從2015年3月份至2016年1月份的預(yù)測結(jié)果與實際的觀測演變完全相符。
目前，該預(yù)報系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入常規(guī)化業(yè)務(wù)應(yīng)用階段，預(yù)報結(jié)果多次被中辦／國辦、國家海洋局、國家氣候中心、國家海洋環(huán)境預(yù)報中心和軍方業(yè)務(wù)部門采用。
業(yè)界認(rèn)為，該項目的科研成果，加強(qiáng)了我國在相關(guān)學(xué)界領(lǐng)域的國際影響力和話語權(quán)，推動了由我國發(fā)起并主導(dǎo)的“西北太平洋海洋氣候?qū)嶒灐保∟POCE）計劃的實施，初步奠定了我國在西太平洋暖池研究領(lǐng)域從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的轉(zhuǎn)變。
