2017年度创新群体重要研究进展

发布时间:2018-01-10 文章来源:

一、主要学术进展

 

1. 海气耦合气候动力学及可预报性研究方向

东亚大气环流冬季重现及其对冬季气温的影响

    东亚大气环流异常的持续性存在冬季-冬季重现现象。其海平面气压和风场的季节变化在重现年和非重现年存在显著差异。冬季重现年的特征是,异常强(弱)西伯利亚高压和东亚冬季风在前后两个冬季重现,而在其间的夏季不能持续。在非重现年,后一冬季的异常却与前一冬季相反。大气环流冬季重现会进一步影响气温异常,从而为改进东亚和中国的季节和年际气候预测提供有用信息。在正(负)重现年,东亚表面气温在前后两个冬季都偏冷(暖);而在非重现年,前后两个冬季的气温符号相反(Zhao and Yang 2017 PLoS ONE)。

2. 发现了全球热带大洋的非Sverdrup环流结构 

    利用2004年以来的Argo剖面浮标测量的西北太平洋温盐剖面资料,使用P-vector方法计算得到一套全球赤道外绝对地转流流场资料,并据此研究了大洋环流的季节和年际变化特征和动力机制,发现全球热带大洋经向绝对地转流输运与Sverdrup 环流理论有较大差异(图2),证明造成这种差异的主要原因可能是海洋环流的非线性,提出热带大洋环流的非线性海洋输运机制造成的非Sverdrup环流结构(Yang and Yuan 2016a CJOL)。

使用以上绝对地转流资料,研究了北太平洋环流的季节和年际变化特征(张志春和袁东亮《海洋科学》2015),以及经向热量和盐量输送的三维结构和季节变化特征,在定常流和热平衡假设下,通过比较海面热通量和大洋内区经向热输送,计算得到了太平洋西边界流的经向热、盐输送(Yang and Yuan 2016b CJOL)。 

3. 印太 “海洋通道”机制研究

    分析并评估了CCSM4气候模式模拟热带东南印度洋秋季海洋(大气)异常信号与赤道太平洋次秋季海洋异常信号之间的相关关系的能力。分析发现, CCSM4都模式能够再现热带东南印度洋秋季SSTA与冷舌区SSTA的1年滞后相关性,这与观测数据一致(图3),主要归功于这些模式成功模拟了印尼贯穿流的年际变化,而后者将印度洋偶极子的异常信号传播到了西太平洋次表层,并且异常信号会继续在次表层向东传播到达东太平洋,从而促进ENSO事件的发生和发展(Yuan et al. 2016 CJOL)。而模式中大气异常信号之间的相关关系则与观测结果相悖。这表明,在CCSM4气候模式中,海洋通道机制在IOD影响ENSO过程中起重要作用;然而,IOD事件所引起的大气异常信号却在CCSM4气候系统中呈现与观测不同的传播过程,从而影响IOD异常对次年ENSO的可预报性。

对印度洋偶极子的异常信号传播到了西太平洋次表层的“海洋通道” 机制开展了理论研究,揭示了印度洋赤道开尔文波穿越印尼海到达向太平洋的事实和动力机制,估算了开尔文波的穿透率。还揭示印太“海洋通道”机制在全球变暖背景下有不断加强的趋势,对未来气候变化及其可预报性研究提供了依据。(Yuan et al. 2017)

4. 西南黄海环流动力机制研究

    首次使用确凿的观测证据,揭示夏季黄海沿岸流向北流动的事实。传统上认为,黄海沿岸流终年向南流动。2008年以来的浒苔运移路径暗示,黄海沿岸流夏季可能向北流动,但是一直苦于缺乏直接的观测证据。2009年,我们使用卫星追踪的漂流浮标轨迹,首次提供了夏季黄海沿岸流向北流动的确凿的观测证据,为这一海域的浒苔灾害治理等提供了重要的科学依据。(Yuan et al., 2017a, CSR)

5. 黄东海跨陆架输运研究

    使用观测数据,结合数值模拟,估算了黄东海冬季跨陆架DIC, DOC,POC等碳输运的通量,首次揭示了它们在全球变暖1.5oC情景下(RCP4.5和RCP8.5)的变化趋势(图5,袁东亮等2017c《中国科学》)。

6. 基于准等密度面的混合过程,完善广义坐标下任意多层约化重力海洋模式的开发,进行多年Spin up实验。

 

二、重大研究成果

使用LICOM海洋模式通过打开和关闭印尼海外流海峡通道进行敏感试验,研究了印尼贯穿流对赤道印度洋季节环流的影响。强迫场为2000-2011年间NCEP再分析数据逐日平均的风应力和热通量数据。模式能够很好的模拟WOA13数据年平均的密度和浮力频率垂直剖面,同时模式能够很好的模拟高度计观测的赤道中印度洋海面高度的年循环以及东印度洋的半年循环,以及OSCAR表层流在整个赤道印度洋的半年循环。使用波分解的方法比较了在打开和关闭印尼贯穿流外流海峡过程中赤道波的传播和反射过程的差异。研究显示:阻断印尼贯穿流主要影响印度洋产生的赤道波过程。关闭ITF引起的赤道印度洋海面高度和纬向流差异也呈半年循环(图6)。这种差异是由印度洋东边界反射的差异造成的,并且主要发生在赤道印度洋,与赤道外过程无关。使用赤道波系数对赤道印度洋季节环流进行重构,结果显示阻断印尼贯穿流引起的赤道印度洋季节环流的差异主要是第一斜压模的作用。印尼贯穿流引起的海面高度的半年循环主要来自赤道开尔文波和罗斯贝波的共同作用,而纬向流的半年循环主要来自于第一经向模罗斯贝波的贡献。(摘自Wang et al., 2017,CJOL)

 

三、组织实施航次情况:  

2017年“IOCAS-RCO/LIPI印尼海联合调查航次”从9月15日雅加达开始,至11月15日返回雅加达,顺利完成各项观测任务。这是迄今为止在印尼海进行的最大规模的中-印尼联合调查航次,也是由中国科学家主导的在印尼海最大规模的潜标观测网。包括在萨乌、帝汶、马鲁古、利法马托拉、哈马黑拉和望加锡海峡成功回收并布放10套潜标,在哈马黑拉海峡、塔劳岛和棉兰老岛之间新增加2套潜标,收放各种观测仪器超过210件。目前同时在印尼海的深海观测潜标达到了11个。此外,还完成109个CTD站和生物拖网,2个地质柱状样的采集,20个漂流浮标和82个探空气球的布放等科考工作。成功组织了2017年中印尼联合调查航次。

 

2017年10月15日-11月16日,本课题组袁东亮研究员担任项目首席,周慧副研究员担任航次首席科学家圆满完成了2017年基金委西太平洋开放共享航次各项任务。本航次行程约5200海里,观测海域是从赤道到吕宋海峡之间的热带西太平洋海域,主要覆盖菲律宾以东海域和苏拉威西海与西太平洋交汇区,在北纬2°N~18°N,东经122.75°E~130°E范围内。主要关注的典型特征区域包括:西太平洋低纬度海区纬向环流区和ITF源区。计划从青岛出发,经台湾以东海域到达最靠近菲律宾的站点,沿18°N断面向东开始作业,之后沿130°E断面向低纬度海区进行断面作业。计划设置了CTD调查断面2条,包括18°N横跨126-130°N断面,130°E跨2-18°N断面,XCTD走航断面3条,包括8°N、 18°N西边界流区,棉兰老岛与哈姆黑拉岛之间的MN断面。调查作业站位总计:68个,其中CTD观测站位:38个(其中全水深站位20个,2000m站位18个);XCTD站位:22个; ARGO站位:5个;潜标站位:成功回收潜标1套,新布放潜标2套;湍流剖面仪观测站位:32个;海洋微塑料拖网站位25个。

 

四、海上调查情况 

  周慧作为航次首席科学家,带领李瑞、刘成龙,圆满完成了2017年国家自然科学基金委西太平洋开放共享航次。获取了130E断面2-20N范围内的全水深CTD 数据,成功回收了一套潜标,布放了两套潜标系统。

  王铮作为中方首席,带领队员李峣、李翔,完成第四届中-印尼联合调查航次。“IOCAS-RCO/LIPI印尼海联合调查航次”从9月15日雅加达开始,至11月15日返回雅加达,共计62天,顺利完成各项观测任务。这是迄今为止在印尼海进行的最大规模的中-印尼联合调查航次,也是由中国科学家主导的在印尼海最大规模的潜标观测网。包括在萨乌、帝汶、马鲁古、利法马托拉、哈马黑拉和望加锡海峡成功回收并布放8套潜标,在哈马黑拉海峡、塔劳岛和棉兰老岛之间新增加2套潜标,收放各种观测仪器超过210件。目前同时在印尼海的深海观测潜标达到了10个。此外,还完成107个CTD站和生物拖网,2个地质柱状样的采集,16个漂流浮标和82个探空气球的布放等科考工作。

  王晶参与完成第四届中国科学院海洋研究所-印尼科学院海洋研究中心(IOCAS-RCO/LIPI)印尼海联合调查航次第三航段, 10月28日从比通港出发, 11月15日返回雅加达,共计19天,顺利完成第三航段观测任务。成功回收并布放分别10套深海潜标。同时还完成第三航段CTD站位、微塑料调查、生物拖网,漂流浮标和探空气球的布放等科考工作。

 

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