太平洋印度洋对全球变暖的响应及其对气候变化的调控作用

工程名称：太平洋印度洋对全球变暖的响应及其对气候变化的调控作用首席科学家：起止年限：依托部门：

谢尚平中国海洋大学2023.12023.8教育部一、关键科学问题及争论内容拟解决的关键科学问题调整和掌握作用，需要解决以下相互关联的三个关键科学问题：全球变暖如何影响太平洋印度洋海疆海洋环流及其热输送；海洋环流及其热输送变化如何通过海-气耦合过程导致海洋气候对全球变暖响应的空间非均匀性；在全球变暖背景下海洋气候变异的空间非均匀性如何影响东亚气候变化。主要争论内容针对上述三个关键科学问题，本工程设计了四个方面的争论内容：机制变异机制，争论构成黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统变化的重要物理过程，提醒海洋涡旋在该系统位涡动力学中的作用和该系统对全球变暖的响应机理 究连接上述三个海疆的主要流系〔包括印尼贯穿流和太平洋副热带经向翻转环流〕SST变异空间分布不均匀性中所扮演的角色。其次：全球变暖背景下打算太平洋印度洋海洋气候响应空间非均匀性的关键海洋-大气相互作用过程描述器测时期海洋-大气系统已发生的变化，以海洋-大气相互作用理论为指导,提醒海洋和大气变化之间的驱动与响应机理，从而削减气候评估中不确定性;区分自然和人为因素对20均匀性形成中温室气体和气溶胶强迫的不同作用及相关物理过程；通过数值试验，提醒不同的海洋-大气相互作用过程在海洋气候不均匀性形成中的相对重要性。第三：太平洋印度洋海洋气候响应空间非均匀性对该海疆关键海-气耦合模态的调整作用。变化影响主要海-气耦合模态年际、年月际变化的物理机制；争论热带太平洋和季节内振荡有关的海洋-大气耦合模态，推测全球变暖引起的海洋-大气主要耦合模态的强度和性质变化。第四：全球变暖背景下太平洋印度洋海洋响应的空间非均匀性对将来全球气候，特别是东亚气候变化的调整和掌握作用〔有显著影响的据海洋变化预估将来东亚气候变化的统计推测模型。二、预期目标总体目标通过对海洋-大气相互作用物理过程的剖析，将气候观测资料和气候模式结对重要性；提高对海洋在全球变化中所起作用的生疏，预估海洋环流以及海洋-学问题争论中的话语权，效劳于应对气候变化这一国家重大战略需求；在“海全球变暖响应空间分布非均匀性动力学”这一国际科学争论领域。五年预期目标提醒其关键物理机制；变化在气候根本状态近几十年及将来变化中所起的调整和掌握作用；提醒热带海洋-大气相互作用过程对全球变暖响应的物理机制，预估全球变暖背景下气候平均态以及主要海洋-大气模态的变化状况，拓展海洋-大气相互作用理论；提醒全球变暖背景下太平洋印度洋海区影响东亚气候的关键过程及机估水平；60~90篇，其中40~5015~2030名。三、争论方案学术思路全球变暖为海洋-大气耦合动力学提出了的科学问题和进展机遇，在全球变化区域响应争论中觉察很多的科学问题都与海洋动力学和海洋-大气相互作用有关。本工程将针对这些问题，依据海洋动力学理论和海洋-大气相互作用根本降水响应空间分布不均匀性并导致海洋-大气耦合模态的变异，调整并掌握东亚结果有机结合，通过对海洋-大气相互作用物理过程的剖析，全面刻画从近代到理解在全球变暖背景下，太平洋印度洋主要海洋-大气耦合模态的物理本质及变及全球气候的可推测性。实施方案：观测资料的综合分析工程将利用iCOADS船舶观测资料，降水、海平面高度、海外表风场等卫星观测资料，Argo浮标、CTD、XBT828个台站资50-100年海洋环流、海洋气候平均态和变化的主要特征；争论过50-100年观测中热带海洋-大气耦合模态的变化；对我国气候要素进展归类、就其变化特征开放比较性争论，深入分析我国气候的长期变化特征。IPCC报告气候模式结果分析气体和气溶胶的增长试验，确定二者对气候系统变化的各自奉献。工程拟通过分析CMIP3/5模式结果来确定SST增暖分布型对降水、大气环流将来温室气体排放情景下的模拟结果，评估全球变暖对降水的影响。海洋和大气现场观测在模态水潜沉和耗散中的作用。20231-2月从青岛动身赴黑潮-黑潮延长体-副热带逆流海疆观测〔图1。在模态水的潜沉区，将与两艘日本科考船进展联合观测，争论海Argo浮标强化观测阵列，进展CTD观测站位，观测内参数化的进展供给依据。图1.黑潮黑潮延长体副热带逆流区域联合强化观测站点分布示意图。彩色阴影为25.4等密度面上的位势涡度〔深蓝色为小值，灰色阴影为25.等密面冬季露头区。HotSpot“黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统”动力学框架供给第一手资料。本工程如获批准，并与日本和美国开展合作，将实现本海疆迄今为止最大的国际海洋-大气联合调查。模式数值试验工程将利用观测资料改进中国海洋大学目前刚进展的高区分率全球海洋环流模式和西北太平洋海洋-大气耦合模式，并利用改进后的模式争论黑潮-黑潮延长〔PartialCouplinPC〔PartialP-大气耦合系统中各组AGCM、OGCM和CGCM风各子系统之间的相互作用。创点在学术思想方面，本工程提出海洋动力过程对全球变暖的响应打算海洋非均匀性动力学的争论将促进大型国际争论打算CLIVAR和IPCC的有机结合。在争论方法方面，以往的争论多数留意于某一个洋盆，本工程将把热带太平洋/印度洋和副热带西北太平洋作为一个整体来争论，充分考虑海盆之间的相互作用，并开放海盆间的比较争论。在观测争论方面，本工程将要进展国际上首次对西北太平洋低位涡水耗散过程的强化观测，为建立位涡动力学，改进模式供给关键科学数据。与国内外同类争论相比的特色：响应空间分布的不均匀性和海洋-大气耦合模态的变异”这一的学术思想，在现代气候变化中作用的理解，利用气候模式模拟、预估海洋环流以及海洋-大气耦合动力过程在将来气候变迁中的作用，实现CLIVAR和IPCC两个争论打算之间的有机结合。在全球变暖背景下，以海洋、海-气耦合动力学的观点和方法工程所不同之处。可行性分析本工程的争论方案是切实可行的,理由如下：有一支以年轻科学家为主体的争论队伍〔5085、能在国际科学前沿拼搏的高素养的争论队伍。首席科学家具备较高的组织领导力量和开拓的争论领域的力量。具有前期理论争论积存通过国家科技部攻关打算、973工程和基金委重大、重点、出色青年基金和面上基金等工程的相继实施，工程首席科学家和主要成员在争论海洋对气候年海洋-大气相互作用领域占据重要的学术地位。目前，工程组已经开展了海洋对立项和实施奠定了坚实的根底。积存了成功的海洋调查争论阅历进的分析测试、试验设备以及数据接收和处理设备，开展了一系列太平洋-印度洋暖池海疆观测。工程担当单位和主要科研人员先后参与国际海洋科学打算TOGA、WOCE、JGOFS、LOICZ的实施，将有关的争论成果引入中国，并参与863的实施供给了丰富的争论积存。具备进展气候模式争论的工作根底和计算机条件工程担当单位已经开发研制了北印度洋-西太平洋高区分率区域海气耦合模模式研发阅历，并逐步建立了一支以年轻科学家为主的稳定的模式争论开发团队。这些模式既可为本工程供给数值模拟的工具，又为本工程研制近海-大洋环流模式供给了坚实的根底。工程担当单位开发的耦合模式作为进展中国家唯一的模式参与了一系列国际模式比较打算，中科院大气物理争论所LASG耦合气候系统模式的模拟结果连续四次被IPCC报告所引用，目前正参与IPCC第五次评估。该模式不仅在模拟力量和模块化。有一支合作关系固定的海外和香港中、青年科学家作为合作伙伴GabeVecchiClaraDeser争论员，美国大西WangA&MPingChang教授，SamuelS.P.Shen教授，夏威夷大学BoQiu教授、NiklasScheider副教授、HirokiTokinaga博士、JinbaoLi博士；日本东京大学HisashiNakamuraFumiakiKobashi副教授。开展中国-日本-美国联合海洋调查2023年度刚批准的重点争论黑潮延长HotSpot美的两个锚定浮标之间，再增加一个锚定浮标。本工程首席科学家与日本Hot的模态水迁移过程及其气候效应进展观测。课题设置各课题之间的关系响应动身，通过重点争论热带印度洋-太平洋海洋环流系统以及西北副热带太平洋的黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统这两个不同的海洋环流系统对全球变暖估将来海洋-大气耦合模态在气候变化中的重要性、完善海洋-大气相互作用理将来东亚气候可推测性的目的。依据以上思路分为以下四个课题：热带太平洋印度洋海洋环流及其热输送对全球变暖的响应；黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统变异机理及其对全球变暖的响应；全球变暖对太平洋印度洋海洋-大气耦合模态变异的调整过程及机理；太平洋印度洋对全球变暖响应不均匀性对东亚气候的影响。这四个课题通过不同时空尺度海洋-大气相互作用这一纽带相互联系，它们2所示：2各课题之间的相互联系课题设置和主要争论内容主要争论目标、内容、担当单位和学术骨干如下：第一课题：热带太平洋印度洋海洋环流及其热输送对全球变暖的响应争论目标：印度洋海洋环流对全球变暖响应的理论体系。主要争论内容：热带海洋上层环流的变化及其对热输送的影响〔包括副热带经向环流变化的根本对热量输送的影响，及其在海温变化的空间分布不均匀性中所扮演的角色。海洋温跃层的变化及其对海洋动力和热力过程的影响/混合过程的影响及其对温度变化的作用。海洋混合层变化及其在海表温度变化中的作用洋动力、热力过程与大气环流的相互作用机理，探讨海洋-大气耦合过程在海洋增温不均匀性形成中的作用。担当单位：国家海洋局第一海洋争论所，国家海洋局其次海洋争论所经费比例：25%〔含仪器设备费〕课题负责人：方越学术骨干：王桂华，熊学军，刘琳，廖光洪其次课题：黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统变异机理及其对全球变暖的响应争论目标：潮-黑潮延长体-副热带逆流系统及其热输送对全球变暖的响应机理，定量评估它的理论体系。主要争论内容：构成黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统的重要物理过程水之间的联系通道；提醒黑潮延长体的变率远大于东海黑潮变率的动力机制。黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统对全球变暖的响应及其对海洋气候的调整和掌握作用在对黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统中的海洋-大气相互作用物理过程生疏对全球变暖的响应及其在全球变暖背景下海温顺降水空间分布非均匀性形成中所起的调整和掌握作用。在全球变暖背景下，黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统变异对重要天气-气候现象的可能影响在全球变暖背景下，争论黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统影响海洋温度锋SST特别影响大气边界层和对流物理机制。担当单位：中国海洋大学，南京信息工程大学含出海调查，仪器费和工程共用经费〕课题负责人：谢尚平学术骨干：刘秦玉、徐海明、张苏平、李培良第三课题：全球变暖对太平洋印度洋海洋-大气耦合模态变异的调整过程及机理争论目标：性形成和海-气耦合模态变化的关键物理过程；通过对海洋气候响应的不均匀性争论，评估并减小气候变化模拟的不确定性，提高将来气候推测精度。主要争论内容：全球变暖对太平洋印度洋海洋-大气根本态的影响。描述全球变暖过程中，太平洋印度洋海区海洋-大气根本场的变化分布特征，〔温跃层、海表温度、海平面高度、海洋降水、海面气压等〕及其对全球变暖的响应，探寻全球变暖背景下海洋-大气相互作用过程。太平洋印度洋海洋-大气耦合主要低频模态及其相互作用的变化。了解太平洋印度洋主要耦合模态〔ENSO，IOB，IOD，PDO，NPO等〕的这些主要海洋-大气耦合模态的联系以及在全球变暖下强度、频率、位相等时空特征的变化，提醒全球变暖背景下太平洋印度洋海区海洋-大气耦合模态的特征。热带太平洋印度洋海区高频海洋-大气振荡模态对全球变暖的响应。提取关键海洋-大气变量的时空构造与统计规律，重点分析热带太平洋印度洋海疆的高频海洋-大气耦合模态，争论在全球变暖背景下，由于热带海洋-大气合模式的改进与气候推测供给的线索。担当单位：中国海洋大学，中科院南海海洋争论所经费比例：13.3%课题负责人：陈戈学术骨干：赵朝方、李春、庄伟、郑小童第四课题：太平洋印度洋对全球变暖响应不均匀性对东亚气候的影响争论目标:用，预估在全球变暖背景下东亚气候变化的主要特征和可能消灭的变异。主要争论内容：全球变暖背景下关键海区对东亚气候系统影响过程和机制争论全球变暖背景下海温变化的空间非均匀分布如何影响大尺度大气环流〔Hadley环流、Walker环流〕的变异；理解在这些大尺度环流变异背景下，变异；探讨不同海区以及海洋-陆地温度特别分布不均匀性对东亚夏季风、西太立统计模型，进展动力-统计推测争论。全球变暖背景下太平洋印度洋变异对东亚气候可推测性的影响海洋-大气耦合模态对全球变暖的响应特征，争论太平洋印度洋变异对东亚气候的东亚气候系统统计推测模式。全球变暖背景下东亚〔特别是中国〕气候变化的特征及机制〔特别是我国东部地区演化特征及其与全球气候年月际变化的联系,评估关键的海-气耦合模态在东亚气候变化中的相对重要性，预估关键海-气耦合模态的将来变化趋势及对东亚气候变化的可能影响。担当单位：中科院大气物理争论所，中国海洋大学经费比例：13.3%课题负责人：黄刚学术骨干：严邦良、黄菲、张井勇、胡开明四、年度打算争论内容 预期目标

特征；第 洋、大气系统的长期变化信号。2. 完成气候耦合模式的模拟结果收集CMIP3和CMIP5气候模式一预备；初步分析太平洋印度洋海区海

CMIP3数据进展分CMIP5数据的分析打算；耦合系统的主要物理过程；年 洋、大气及海气耦合系统的特 4. 完成出海观测的具体打算。征；制定出海观测具体打算。

论文4-6篇。1.

1. 变暖的响应特征；带海洋环流主要系统对全球变 2. 初步给出黑潮-黑潮延长体-副热暖的响应状况；第2. 争论主要海气耦合模态及其相变化趋势争论不同辐射强迫对气候的影响；二3.争论热带海区对东亚气候的年析；

理；3. 明确海气耦合系统的长期变化态的主要物理过程及其长期变化；年4. 完善现场观测打算与日美合作4. 了解东亚平均气候和极端天气为海上调查做预备；5. 预备中期评估材料。

候可预报性的年月际规律；工程设备，仪器到位；争论内容 预期目标目标和进展状况进展必要的调整；在学术刊物上发表论文10-158-1237名。1.猎取低位涡水形成和耗散区的在模态水潜沉区和耗散区实施和美国的国际观测合作；争论黑潮-黑潮延长体-副热带逆流系统的海洋内部通道及其年月该系统的长期变化特征及其对

的特征及对模态水的影响；提醒被太平洋副热带-热带海洋第大气影响的动力学特征；3.CMIP5第大气影响的动力学特征；3.CMIP5海气耦合模式结果分析上层海洋构造对全球变暖三模式进展上层海洋的敏感性试验；年4.提醒海温非均匀性响应中耦合相互作用在全球变暖下变化的海洋、大气过程；5.分析全球变暖下非均匀性海温内的影响机理；〔包括温跃层层和混合层对全球变暖响应的根本特征与机制；说明导致海温增暖非均匀性的球变暖中耦合模态相互作用的变化特征；综合提醒海温非均匀增暖