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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，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(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)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

首頁 > 科研進展

大氣所等在厄爾尼諾伴隨的海洋熱量收支研究中獲進展

2019-06-27 大氣物理研究所

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語音播報

　　這個關(guān)鍵科學(xué)問題在學(xué)界一直存在爭議。例如，著名的海洋Argo浮標之父Dean Roemmich于2011年在GRL發(fā)表論文指出：在厄爾尼諾時，海表變暖，但海洋失去熱量，即“海洋退燒”。2016年，著名物理海洋學(xué)家G. Johnson在同一個雜志發(fā)表了另一篇論文表示：在厄爾尼諾時，海洋吸收了更多熱量，即海洋會“海洋發(fā)燒”。爭議產(chǎn)生的原因是傳統(tǒng)的次表層觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量不足，同時海氣界面熱通量直接觀測數(shù)據(jù)誤差很大。

　　中國科學(xué)院大氣物理研究所副研究員成里京、研究員朱江近期于Journal of Climate 發(fā)表了題為Evolution of Ocean Heat Content Related to ENSO 的論文，對上述爭議進行了系統(tǒng)性解答。論文合作者包括美國NCAR的K.E.Trenberth和J.Fasullo，歐洲中心Michael Mayer和Magdalena Balmaseda。

　　為了理解ENSO伴隨的全球和局地海洋熱量收支，該研究使用了多套獨立的觀測、再分析和模擬數(shù)據(jù)。例如大氣所構(gòu)建的海洋次表層溫度格點觀測數(shù)據(jù)（IAP數(shù)據(jù)），目前最優(yōu)的海洋再分析數(shù)據(jù)之一（ORAS5）、氣候模式數(shù)據(jù)（CESM集合模擬數(shù)據(jù)LENS）、基于間接方法的海表通量觀測數(shù)據(jù)（Q）。多數(shù)據(jù)、獨立數(shù)據(jù)的共同使用和聯(lián)合分析突出了各個數(shù)據(jù)的長處，極大地增加了結(jié)論的可靠性。

　　研究發(fā)現(xiàn)，全球海洋在厄爾尼諾發(fā)生時和發(fā)生后會失去熱量，使得海洋“退燒”。而全球海洋的散熱伴隨著不同海盆中復(fù)雜的熱量變化和交換。研究也進一步從全球到局地，探討了不同區(qū)域的海洋能量變化，例如：徑向平均、緯向平均、不同深度平均、不同海盆熱量變化。最終該研究大致厘清了厄爾尼諾時主要的熱量變化過程（示意圖）。

　　在海洋內(nèi)部，厄爾尼諾導(dǎo)致包括熱帶太平洋和印度洋東西方向相反的熱量異常，包括赤道和赤道外的熱交換，也包括近表層（上層100米）和次表層（100米以下）的相反的熱量變化。海洋同時也和大氣進行大量的熱量交換，在熱帶太平洋，海洋能量被抽取到大氣中，使得海洋降溫，引起了中東太平洋的降水增加。降水伴隨著水從氣態(tài)凝結(jié)成液態(tài)，在大氣中釋放熱量，這些能量激發(fā)大氣環(huán)流的異常并傳播到全球，調(diào)整了全球天氣系統(tǒng)（即“大氣橋”或“遙相關(guān)”）。但在東印度洋、西太平洋和大西洋，天氣較為晴朗少雨，海洋會更多地吸收熱量使得這些地方的海洋變暖。熱帶外的情況更為復(fù)雜，但平均而言，除南太平洋以外，南北緯30度以外的海洋熱量變化都比較小。

　　在這些復(fù)雜的能量交換中，太平洋整體釋放熱量最大，印度洋和大西洋變暖也并沒有完全彌補太平洋的能量釋放，因此最終導(dǎo)致全球海洋是散熱的（“海洋退燒”）。

　　需要指出的是，由于觀測數(shù)據(jù)限制，該研究只關(guān)注于平均情況下ENSO導(dǎo)致的海洋熱收支。對ENSO的非對稱性、ENSO的不同形態(tài)下的熱量變化，還有待于數(shù)據(jù)進一步積累才能得到解答。另外，南北緯30度以外的海域，由于ENSO的信號相互抵消使得凈熱量變化較弱，加上其余氣候系統(tǒng)變率和觀測、模式誤差的共同影響，其凈熱量變化依然誤差較大，有待于更多分析。

　　論文鏈接

　　厄爾尼諾時低緯度海洋熱量變化和海洋熱量收支示意圖（紅色為海洋增暖、熱含量增加；藍色為變冷，熱含量降低）。綠色箭頭為厄爾尼諾伴隨的熱量轉(zhuǎn)移。

　　厄爾尼諾和南方濤動（ENSO）是氣候系統(tǒng)中最主要的年際尺度變率。它雖然起源自熱帶太平洋，但對全球天氣系統(tǒng)有極大的影響。厄爾尼諾伴隨著大氣、海表和地表升溫（“發(fā)燒”），厄爾尼諾發(fā)生之后全球地表溫度達到峰值。然而，平均深度約4000米的海洋到底是和大氣或者海表一樣“發(fā)燒”還是會“退燒”呢？
　　這個關(guān)鍵科學(xué)問題在學(xué)界一直存在爭議。例如，著名的海洋Argo浮標之父Dean Roemmich于2011年在GRL發(fā)表論文指出：在厄爾尼諾時，海表變暖，但海洋失去熱量，即“海洋退燒”。2016年，著名物理海洋學(xué)家G. Johnson在同一個雜志發(fā)表了另一篇論文表示：在厄爾尼諾時，海洋吸收了更多熱量，即海洋會“海洋發(fā)燒”。爭議產(chǎn)生的原因是傳統(tǒng)的次表層觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量不足，同時海氣界面熱通量直接觀測數(shù)據(jù)誤差很大。
　　中國科學(xué)院大氣物理研究所副研究員成里京、研究員朱江近期于Journal of Climate 發(fā)表了題為Evolution of Ocean Heat Content Related to ENSO 的論文，對上述爭議進行了系統(tǒng)性解答。論文合作者包括美國NCAR的K.E.Trenberth和J.Fasullo，歐洲中心Michael Mayer和Magdalena Balmaseda。
　　為了理解ENSO伴隨的全球和局地海洋熱量收支，該研究使用了多套獨立的觀測、再分析和模擬數(shù)據(jù)。例如大氣所構(gòu)建的海洋次表層溫度格點觀測數(shù)據(jù)（IAP數(shù)據(jù)），目前最優(yōu)的海洋再分析數(shù)據(jù)之一（ORAS5）、氣候模式數(shù)據(jù)（CESM集合模擬數(shù)據(jù)LENS）、基于間接方法的海表通量觀測數(shù)據(jù)（Q）。多數(shù)據(jù)、獨立數(shù)據(jù)的共同使用和聯(lián)合分析突出了各個數(shù)據(jù)的長處，極大地增加了結(jié)論的可靠性。
　　研究發(fā)現(xiàn)，全球海洋在厄爾尼諾發(fā)生時和發(fā)生后會失去熱量，使得海洋“退燒”。而全球海洋的散熱伴隨著不同海盆中復(fù)雜的熱量變化和交換。研究也進一步從全球到局地，探討了不同區(qū)域的海洋能量變化，例如：徑向平均、緯向平均、不同深度平均、不同海盆熱量變化。最終該研究大致厘清了厄爾尼諾時主要的熱量變化過程（示意圖）。
　　在海洋內(nèi)部，厄爾尼諾導(dǎo)致包括熱帶太平洋和印度洋東西方向相反的熱量異常，包括赤道和赤道外的熱交換，也包括近表層（上層100米）和次表層（100米以下）的相反的熱量變化。海洋同時也和大氣進行大量的熱量交換，在熱帶太平洋，海洋能量被抽取到大氣中，使得海洋降溫，引起了中東太平洋的降水增加。降水伴隨著水從氣態(tài)凝結(jié)成液態(tài)，在大氣中釋放熱量，這些能量激發(fā)大氣環(huán)流的異常并傳播到全球，調(diào)整了全球天氣系統(tǒng)（即“大氣橋”或“遙相關(guān)”）。但在東印度洋、西太平洋和大西洋，天氣較為晴朗少雨，海洋會更多地吸收熱量使得這些地方的海洋變暖。熱帶外的情況更為復(fù)雜，但平均而言，除南太平洋以外，南北緯30度以外的海洋熱量變化都比較小。
　　在這些復(fù)雜的能量交換中，太平洋整體釋放熱量最大，印度洋和大西洋變暖也并沒有完全彌補太平洋的能量釋放，因此最終導(dǎo)致全球海洋是散熱的（“海洋退燒”）。
　　需要指出的是，由于觀測數(shù)據(jù)限制，該研究只關(guān)注于平均情況下ENSO導(dǎo)致的海洋熱收支。對ENSO的非對稱性、ENSO的不同形態(tài)下的熱量變化，還有待于數(shù)據(jù)進一步積累才能得到解答。另外，南北緯30度以外的海域，由于ENSO的信號相互抵消使得凈熱量變化較弱，加上其余氣候系統(tǒng)變率和觀測、模式誤差的共同影響，其凈熱量變化依然誤差較大，有待于更多分析。
　　論文鏈接
　　
　　厄爾尼諾時低緯度海洋熱量變化和海洋熱量收支示意圖（紅色為海洋增暖、熱含量增加；藍色為變冷，熱含量降低）。綠色箭頭為厄爾尼諾伴隨的熱量轉(zhuǎn)移。
　　

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