《中国科学院海洋研究所在印太区域复合型极端风雨事件变异规律及驱动因子研究上取得新进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2022-07-31
  • 日前,中国科学院海洋研究所尹宝树研究员团队在印太区域复合型极端风雨事件变异规律及驱动因子研究上取得新进展,研究成果发表在国际学术期刊Geophysical Research Letters上。

    全球变暖背景下,极端灾害事件频发。以往研究较多关注极端降雨、高温热浪等单一驱动因子或致灾因子的极端事件,但多个极端事件时空交织叠加的复合型事件往往会造成更严重的灾害影响,相关研究是近年来气候变化研究领域的前沿科学问题和重大科学挑战。印太区域是气旋、大气河、强对流天气等天气过程频发区域,导致复合型极端风雨事件(亦即“狂风暴雨”事件)多发。开展该区域复合型极端风雨事件变异规律及驱动因子研究对提高致灾极端事件的气候预测预估水平具有重要科学意义。

    该研究将同日同地的风速和降雨均高于当日历史记录的95%分位数者定义为复合型极端风雨事件。考虑其季节变化特性,将时间分为冬半年(11月到次年4月)和夏半年(5月到10月)。基于全球再分析数据ERA5(1979-2020),揭示了印太区域复合型极端风雨事件的发生频率、强度和持续时间的季节特性,并创新性的量化了气旋、大气河及其他天气系统对复合型极端风雨事件气候态特征及长期变化趋势的贡献。研究发现印太区域内,西北太平洋及近岸区域的复合型风雨事件在夏半年最为频发、强度最大、持续时间最长,主要是由气旋引起的;而大气河是中国中西部及中南半岛西北部区域复合型风雨事件频发的主要驱动来源。赤道附近区域发生复合型极端风雨事件的频率较低,但在过去几十年呈显著增加趋势,推测主要是跟强对流过程增多有关。同时,基于敏感试验发现,印太区域复合型极端风雨事件的长期变化主要是由极端风和极端降雨之间的相依关系(dependence structure)变化引起的,而人为气候变化对其是否有显著影响,尚待进一步探究。

    论文第一(兼通讯)作者为中国科学院海洋所李德磊特聘研究员,通讯作者为尹宝树研究员。合作者包括中国气象科学研究院陈阳副研究员、瑞士伯尔尼大学Martina Messmer博士、中国科学院海洋所朱聿超副研究员、天津科技大学冯建龙副教授和德国亥姆霍兹环境研究中心(UFZ)Emanuele Bevacqua博士。研究得到了中国科学院战略先导科技专项(B类)、国家重点研发计划、国家自然基金及中国科学院青促会等的联合资助。

    文章信息:Li, D., Chen, Y., Messmer, M., Zhu, Y., Feng, J., Yin, B., & Bevacqua, E. (2022). Compound wind and precipitation extremes across the Indo-Pacific: Climatology, variability, and drivers. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL098594.

    文章链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022GL098594

  • 原文来源:http://www.qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202207/t20220725_6493090.html
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    • 编译者:liguiju
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    • 近日,中国科学院海洋研究所王凡团队在西太平洋赤道中层流年代际变异规律和机制研究上取得新进展,相关成果在学术期刊Geophysical Research Letters发表。该成果是团队继在赤道中层流季节内、季节、年际变异研究的基础上,在更长时间尺度变异及与上层海洋联系上取得的新突破,确认了太平洋年代际振荡(PDO)这一气候信号可以影响到大洋中层。 基于Argo停留深度流速及船载流速剖面仪断面观测,前人已研究发现中层流结构主要以东西纬向交替变化的射流为主。受制于观测数据连续性的限制,海洋学界对中层流的变异和与气候变化的联系还存在着较大的认知空白。赤道中层环流及其携带的热量储存了ENSO异常信号,会带来流经区域热含量的变化,与全球气候系统的平衡和演化密切相关。它对一千米左右物质再分配也发挥着重要作用,可将西、中太平洋的高溶解氧输运到东太平洋低氧区,对生物地球化学研究亦有重要意义。 赤道中层流系统会在滞后厄尔尼诺事件10-12个月时出现较强的东向流异常。在此基础之上,研究团队利用长时序的再分析数据发现该东向流异常在年代际尺度上进一步受PDO的调制。PDO暖位相下厄尔尼诺引起的中层流输运异常最大值是PDO冷位相下量值的2倍,且发生时间提前2月。进而利用连续层化模型的系列数值试验,研究揭示上述PDO的年代际调制作用主要归因于PDO引起的赤道中太平洋风场变化。相比PDO冷位相,PDO暖位相下厄尔尼诺事件中赤道中太平洋的西风异常更强且位置偏东,其激发的Kelvin波最大振幅更大且位置偏东,Kelvin波在东边界反射成Rossby波,Rossby波的垂向传播引起西太平洋中层输运异常的最大值更大且发生时间更早。 该研究由第一作者中国科学院海洋所马强博士、通讯作者汪嘉宁研究员和王凡研究员、以及吕宜龙博士、张志祥博士共同完成。研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院战略性先导科技专项等资助。相关成果及链接如下: [1] Ma, Q., Wang, J.*, Wang, F.*, Lyu, Y., & Zhang, Z. (2022). Interdecadal modulation of ENSO-related anomalous Equatorial Intermediate Currents in the western Pacific by the PDO. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL098409. https://doi.org/10.1029/2022GL098409 [2] Wang, J., Ma, Q., Wang, F.*, & Zhang, D (2021). Linking seasonal-to-interannual variability of intermediate currents in the southwest tropical Pacific to wind forcing and ENSO. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL092440. https://doi.org/10.1029/2021GL092440 [3] Ma, Q., Wang, J.*, Wang, F.*, Zhang, D., Zhang, Z., & Lyu, Y. (2020). Interannual variability of lower equatorial intermediate current response to ENSO in the western Pacific. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL089311. https://doi.org/10.1029/2020GL089311 [4] Zhang, Z., Pratt, L., Wang, F., Wang, J.*, & Shuwen, T. (2020). Intermediate intraseasonal variability in the western tropical Pacific ocean: meridional distribution of equatorial Rossby waves influenced by a tilted boundary. Journal of Physical Oceanography, 50(4), 921–933. https://doi.org/10.1175/JPO-D-19-0184.1
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    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2022-11-22
    • 近日,中国科学院海洋研究所尹宝树研究团队建成了覆盖整个印太交汇区的高分辨率(水平分辨率4公里、垂向50层)物理-生态耦合的海洋模式,并首次使用非线性最优扰动方法对耦合模式生态参数进行整体优化,模式结果合理刻画了不同时空尺度海洋动力过程和结构,再现了关键海峡通道流量的季节变化特征,并揭示出龙目海峡区高生产力的主要动力学成因,研究为印太交汇区生物多样性形成研究奠定了模式和理论基础。研究结果发表于国际学术期刊Journal of Geophysical Research: Oceans。 印太交汇区是地球多圈层汇聚的地方,也是全球海洋生物多样性最丰富的区域,独特的地质、物理环境支撑着该区域丰富多样的生态系统。然而,已有模式分辨率不能很好的刻画印太海区的复杂水道和岸线地形,对区域物理和生态过程的认识十分有限。 由于观测和现场实验数据有限,为减少模型误差,物理-生态耦合模式的构建往往需要开展大量的敏感性实验,进行参数优化;假定单个参数的调试,需要10次左右的实验,理论上要获得4个参数的最优值,则需要上万次实验,而于精细化、复杂的物理-生态耦合模式,往往涉及数十个参数,其计算资源的需求指数增加,远超出当前计算能力。研究团队首次利用非线性扰动方法(CNOP; Mu et al.,2010)对关键生物化学参数进行了优化,使得对8个关键参数同时进行调整,仅需几十次敏感性实验,模型的误差便降至最低,极大提高了计算效率。 基于精细化的模式结果,研究团队揭示出了印太交汇区关键通道龙目海峡区叶绿素季节变化的核心动力机制。该区地形复杂,混层深度存在显著水平变化,且混合层上下动力环境截然相反,本研究指出混合层和固定深度收支计算方法的结合使用,可避免使用固定深度计算营养盐收支时各物理过程贡献有明显区别的问题。混合层收支的结果发现,在赤道kelvin波和局地风共同影响下,沿岸流存在半年周期转向,对于营养盐输运有周期性的影响;在上混合层内高营养盐水体形成主要受离岸Ekman输运的影响,而不是上升流的直接作用。 本研究首次在印太交汇区构建了基于非线性扰动方法优化的精细化物理-生态耦合模式,揭示了关键海域营养盐及叶绿素的物理控制机制,对于理解印太交汇区生物多样性中的形成机制有重要帮助。 论文的第一作者为中国科学院海洋研究所副研究员高冠东,通讯作者为杨德周和尹宝树研究员。研究得到了中国科学院战略先导科技专项、国家自然科学基金重大专项等项目的支持。  论文信息:  Gao, G., Yang, D., Xu, L., Zhang, K., Feng, X., & Yin, B. (2022). A biological-parameter-optimized modeling study of physical drivers controlling seasonal chlorophyll blooms off the southern coast of Java Island. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, e2022JC018835. https://doi.org/10.1029/2022JC018835