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

项目名称：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：谢尚平中国海洋大学

起止年限：2012.1至2016.8

依托部门：教育部

一、关键科学问题及研究内容

1.拟解决的关键科学问题

为了充分理解全球变暖中海洋的贡献，深入认识热带太平洋、热带印度洋和副热带西北太平洋海域海洋动力、热力过程对全球变暖的响应及其对气候变化的调节和控制作用，需要解决以下相互关联的三个关键科学问题：（1）全球变暖如何影响太平洋印度洋海域海洋环流及其热输送；

（2）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；

（3）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。

2.主要研究内容

针对上述三个关键科学问题，本项目设计了四个方面的研究内容：

第一：全球变暖背景下决定太平洋印度洋海洋环流及其热输送变异的关键物理机制

全面系统研究在全球变暖背景下，热带太平洋、热带印度洋和副热带西北太平洋海洋层结和对应的环流变异的基本特征和规律；研究上层海洋环流对大气环流和海面热通量、淡水通量变化的响应；探讨低位涡模态水形成、迁移、耗散的变异机制，研究构成黑潮-黑潮延伸体-副热带逆流系统变化的重要物理过程，揭示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；研究连接上述三个海域的主要流系（包括印尼贯穿流和太平洋副热带经向翻转环流）的变异及其机制；揭示以上流系及其热输送在SST变异空间分布不均匀性中所扮演的角色。

第二：全球变暖背景下决定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,揭示海洋和大气变化之间的驱动与响应机理，从而减少气候评估中不确定性;区分自然和人为因素对20世纪以来气候变化的相对贡献；研究在海洋气候变化不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，揭示不同的海洋-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域关键海-气耦合模态的调节作用。

揭示全球变暖背景下热带太平洋、热带印度洋和副热带西北太平洋平均态的变化影响主要海-气耦合模态年际、年代际变化的物理机制；研究热带太平洋和热带印度洋之间在年际、年代际时间尺度上的相互联系；探索与天气尺度和大气季节内振荡有关的海洋-大气耦合新模态，预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未来全球气候，特别是东亚气候变化的调节和控制作用

在全球变暖背景下，系统分析海洋变异的非均匀性对全球气候的影响，探索对东亚气候各个重要子系统（南亚高压、副热带高压、东亚急流）有显著影响的关键海区，重点研究这些关键海区的海洋响应对东亚气候子系统的调控途径，揭示其遥相关动力机制，预估在全球变暖背景下东亚气候变化的主要特征，建立依据海洋变化预估未来东亚气候变化的统计预测模型。

二、预期目标

1.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果有机结合，全面刻画从近代到未来的气候变化图像，评估自然和人为变化的相对重要性；提高对海洋在全球变化中所起作用的认识，预估海洋环流以及海洋-大气耦合动力过程在未来气候变迁中的作用；揭示未来气候的可预测性，为国家社会经济可持续发展宏观决策的制定提供科学依据，加强中国在全球变化关键科学问题研究中的话语权，服务于应对气候变化这一国家重大战略需求；在“海洋动力、热力过程对全球变暖响应及其对气候调控作用”这一重要研究方向上，建立一支在国际上有竞争力、由年轻科学家组成的科研团队，开拓“海洋气候对全球变暖响应空间分布非均匀性动力学”这一国际科学研究新领域。

2.五年预期目标

（1）描述全球变暖背景下太平洋印度洋海洋环流及其热输送变异的特征，揭示其关键物理机制；

（2）建立海洋气候对全球变暖响应空间分布非均匀性的动力学，揭示海洋变化在气候基本状态近几十年及未来变化中所起的调节和控制作用；

（3）揭示热带海洋-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；

（4）揭示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理，建立关键海区影响东亚气候的遥相关动力学，提高对未来东亚气候变化的预估水平；

（5）项目实施五年中将在国内外主要学术刊物上发表论文60~90篇，其中SCI（包括SCIE）论文40~50篇。培养博士生15~20名，硕士生约30名。

三、研究方案

1.学术思路

全球变暖为海洋-大气耦合动力学提出了新的科学问题和发展机遇，在全球变化区域响应研究中发现许多新的科学问题都与海洋动力学和海洋-大气相互作用有关。本项目将针对这些问题，依据海洋动力学理论和海洋-大气相互作用基本原理，围绕“全球变暖背景下海洋环流变异将导致热量输运变异，形成海温及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，调节并控制东亚及全球气候变化及其可预测性”这一新的学术思路，将观测资料和气候模式模拟结果有机结合，通过对海洋-大气相互作用物理过程的剖析，全面刻画从近代到未来的气候变化图像；将全球平均气温增暖研究拓展到对气候变化区域响应差异的研究，包括该差异的不确定性研究，这不仅将研究思路从一维拓展到三维，空间自由度的增加也极大地提高了气候变化研究的可信度；建立解释SST、降水等海洋气候变量对全球变暖响应空间分布非均匀性的动力学理论；并依据该理论，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化规律；建立关键海区影响东亚主要气候子系统的遥相关动力学，评估未来东亚及全球气候的可预测性。

2.实施方案：

(1)观测资料的综合分析

项目将利用iCOADS船舶观测资料，降水、海平面高度、海表面风场等卫星观测资料，Argo浮标、CTD、XBT等海洋观测资料，以及国内828个台站资料等器测资料；同时采用NCEP、CFSR、SODA等大气-海洋再分析资料，GISST 等多种海表温度资料产品，以及高分辨率海洋模式后报结果，使用多种统计方法分析确定最近50-100年海洋环流、海洋气候平均态和变化的主要特征；研究过去50-100年观测中热带海洋-大气耦合模态的变化；对我国气候要素进行归类、就其变化特征展开比较性研究，深入分析我国气候的长期变化特征。

(2)IPCC报告气候模式结果分析

项目将详细分析IPCC第四次报告（AR4）的CMIP3多模式集合以及即将推出