中國科學院海洋研究所張榮華研究團隊在多圈層/多尺度相互作用的機理認知、過程表征和模式發展等研究方面取得重要進展，最新研究成果以論文形式在Journal of Climate, Geophysical Research Letters, Climate Dynamics, Journal of Geophysical Research, Journal of Advances in Modeling Earth Systems等期刊發表。

　　海洋科學主要研究海水特性及其運動和變化規律，是一門多學科交叉的學科。對海洋的研究應作為一個系統來進行，要考慮多尺度和多圈層過程間的相互作用和反饋，采用觀測、理論和模式等不同方法相結合的綜合手段，在認知和表征現象及過程基礎上進一步構建模式，從而模擬、預測和預估海洋相關現象及其對氣候和環境變化的影響。因此，深入研究海洋與氣候和環境相關的多尺度過程以及與各圈層相互作用是當今海洋與氣候科學領域的重大國際前沿課題，也是預測和應對氣候與環境變化的基礎和重點所在。

　　多年來，張榮華研究團隊一直在自行發展和改進一個考慮熱帶太平洋多圈層/多尺度過程及其相互作用的簡化型模式系統，包括大氣、海洋環流與生物地球化學（AOCB）模式，同時也顯式考慮海氣界面間的淡水通量（FWF）強迫作用。另外，熱帶不穩定波（TIWs）是熱帶東太平洋海區一個顯著的中小尺度海洋-大氣耦合現象，對海洋環流和氣候有著重要影響。為表征TIWs所引發的大氣風場反饋影響和海洋葉綠素加熱效應，研究團隊利用衛星資料來構建與TIWs相關的海表風場反饋模式，并耦合到大尺度AOCB模式中，構建成一個多圈層/多尺度過程的混合型耦合模式（HCM-AOCB）。該模式為綜合考慮熱帶太平洋多圈層/多尺度海氣過程及相互作用研究提供了一個示范框架和數值模擬平臺。

　　一個混合型耦合模式HCM-AOCB示意圖（表征熱帶太平洋大氣和海洋環流-生物地球化學（AOCB）間相互作用）

　　基于此模式，已系統開展了海洋生物引發加熱、海氣界面淡水通量、熱帶不穩定波等多圈層/多尺度過程間相互作用及對氣候的影響研究，其中一個重要應用是在對厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）的調制影響方面。

　　ENSO是地球系統中最顯著的年際氣候變率信號，可引發全球天氣、氣候異常,也對我國的天氣、氣候產生重大影響。ENSO本身表現出極大的可變性，其對全球和區域天氣、氣候影響的方式也呈現多樣性和復雜性。幾十年來，對ENSO廣泛而深入的研究已取得巨大進展，使對其實時預測成為可能（詳情參見美國哥倫比亞大學國際氣候研究所網站https://iri.columbia.edu/our-expertise/climate/forecasts/enso/current/）。但目前海氣耦合模式對ENSO模擬和預測仍有很大的不確定性和模式模擬間的差異性，需進一步認清和合理表征調制ENSO的主要過程和機理，提高對ENSO及相關氣候年際異常的預測和預估能力。

　　當前對ENSO的實時預測面臨瓶頸問題，認知ENSO多樣性和復雜性成因并在模式中合理表征是解決問題的根本所在?；趶垬s華團隊發展的HCM-AOCB模擬研究表明，熱帶太平洋中存在的多圈層/多尺度海氣過程對ENSO特性有調制作用（即反饋效應），且這些不同過程之間又有相互作用，對ENSO產生的綜合影響導致了ENSO的復雜性和多樣性，也導致了ENSO預測的不確定性和模式模擬誤差及模式間的差異性。

　　熱帶太平洋多尺度多圈層相互作用示意圖

　　以上研究由張榮華研究員及其團隊成員田豐博士、高川博士和其他合作者共同完成，研究得到中科院海洋大科學研究中心、青島海洋科學與技術試點國家實驗室、中科院第四紀科學與全球變化卓越創新中心、中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金等項目資助。

　　相關文章列表和鏈接：

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