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《自然资源部第一海洋研究所在气候模式发展方面取得新进展》

  • 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：2023-12-31

  • 近日，自然资源部第一海洋研究所科研团队在气候模式FIO-ESM v2.0的基础上，通过升级海冰分量模式和引入冰-海薄过渡层通量交换参数化方案，将FIO-ESM v2.0升级为FIO-ESM v2.1。升级后，FIO-ESM v2.1显著提高了对北极海冰的模拟能力，这为利用FIO-ESM开展北极气候变化研究和气候预测预估提供了良好的模式基础。

    气候模式是理解和预测气候系统及其变化的核心工具，也是聚焦防灾减灾、可持续发展等国家重大需求的核心科技支撑。地球系统模式FIO-ESM是我所发展的以耦合海浪过程为特色的自主气候模式。当前版本为FIO-ESM v2.0，其包含了海浪致混合、海浪飞沫对热通量的影响、海浪斯托克斯漂流对海气通量的影响、海表温度日变化参数化方案等独特的物理过程。FIO-ESM v2.0参加CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6，第六次国际耦合模式比较计划）的模拟结果表明，FIO-ESM v2.0对ENSO（El Niño-Southern Oscillation，厄尔尼诺-南方涛动）、全球气温、全球海温、降水、海洋混合层深度等具有很好的模拟能力，但是FIO-ESM v2.0仍存在低估北极夏季海冰覆盖范围的问题。

    针对该问题，自然资源部第一海洋研究所科研团队与中山大学合作，在气候模式FIO-ESM v2.0的基础上，将海冰分量模式由CICE4.0（Los Alamos Sea–Ice Model version 4.0）升级为CICE6.0，并引入了更符合观测的冰-海薄过渡层通量交换参数化方案，将FIO-ESM v2.0升级为FIO-ESM v2.1。数值试验表明，FIO-ESM v2.1模拟历史时期的北极海冰覆盖范围与观测能够较好吻合。FIO-ESM v2.1预测结果显示，在SSP5-8.5（非常高）和SSP2-4.5（中等）增暖情景下，北极夏季首次无冰（海冰范围小于100万平方公里）将会分别出现在21世纪40年代和21世纪50年代，FIO-ESM v2.1对北极夏季无冰时间的预测比CMIP6多模式平均更接近利用观测约束气候模式后预测的结果，这说明升级之后FIO-ESM v2.1对北极海冰具有较好的模拟和预测能力。

    相关研究结果以“Description of FIO-ESM version 2.1 and evaluation of its sea ice simulations”为题发表于国际地学知名学术期刊《Ocean Modelling》，自然资源部第一海洋研究所舒启研究员为论文第一作者，宋振亚研究员为通讯作者，合作者包括自然资源部第一海洋研究所乔方利研究员、中山大学刘骥平教授和自然资源部第一海洋研究所鲍颖副研究员。

    论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2023.102308

  • 原文来源：https://www.fio.org.cn/science/xshd-detail-12209.htm
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  • 《自然资源部第一海洋研究所科研团队在微塑料研究方面取得新进展》
    • 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：熊萍
    • 发布时间：2024-11-03
    • 近日，自然资源部第一海洋研究所新型污染物生态效应与风险评估研究团队联合马来西亚的马来亚大学科研人员在海洋微塑料检测技术与珊瑚礁系统中微塑料分布等方面取得新进展。 海洋微塑料（粒径小于5 mm的塑料颗粒或碎片）作为新型污染物一直受到国际社会的高度关注，其被列为与全球气候变化、臭氧耗竭、海洋酸化并列的重大全球环境问题。海洋微塑料研究中最为基础的环节之一是不同环境介质内微塑料的分离与分析检测技术，方法的不统一性导致海洋环境中微塑料浓度可靠性和可比性较差，尤其是对国际上不同研究结果的比较更加困难；其次，海洋环境中微塑料的基础数据还不完整，缺乏系统的监测数据，导致无法客观评估海洋环境中微塑料的潜在危害。 目前，自然资源部第一海洋研究所研究团队和马来亚大学科研人员建立了良好的科研合作关系，前期已共同开展了生物体中微塑料的富集特征等研究；为了进一步提升海洋微塑料检测技术的规范化，拓展典型海域微塑料基础数据的积累与合作，我所研究团队与马来亚大学科研人员基于长期在海洋微塑料检测技术及环境监测方面的研究合作基础，针对微塑料的检测识别构建了检测技术体系，系统阐述了微塑料鉴定识别与统计过程，为海洋微塑料的鉴定分析提供技术依据，该研究合作撰写了题目“Observation and visual identification of microplastics”的专著章节；另外，自然资源部第一海洋研究所研究团队为马来亚大学提供检测平台支撑，开展了马来西亚槟城岛、波德申、停泊岛和刁曼岛珊瑚礁生态环境中微塑料分布特征合作研究，结果显示所有检测站位水体中微塑料的平均丰度为0.344 ± 0.457 MP/m3，微塑料的物化指标呈现多元化的分布特征，研究中也评估了四个岛屿环境中微塑料的潜在危害，为深入研究微塑料对马来西亚珊瑚礁生态系统的影响和珊瑚礁保护提供基础数据支撑，本研究结果共同发表了题目为“Abundance of microplastics and its ecological risk assessment in coral reef regions of Peninsular Malaysia”学术论文等。 针对防治海洋微塑料这一国际性环境问题，自然资源部第一海洋研究所研究团队与东盟国家科研人员建立了良好的合作研究关系，有助于推动国际区域性微塑料的污染评估与防控，为促进海洋资源环境的可持续发展贡献力量。 专著链接： https://shop.elsevier.com/books/analysis-of-microplastics-and-nanoplastics/shi/978-0-443-15779-0 论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X24010890 https://www.mdpi.com/2305-6304/10/4/186
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  • 《自然资源部第一海洋研究所科研人员在全球高分辨率耦合海洋模式发展方面取得新突破》
    • 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：2023-04-02
    • 水平分辨率和物理过程表达的精确性是决定全球海洋模式模拟结果真实性的两个最重要的因素。按照自然资源部第一海洋研究所数值模式“运行一代、研制一代、策划一代”的总体思路，物理海洋室肖斌工程师与团队成员密切协作，突破系列关键技术瓶颈，将自然资源部第一海洋研究所全球高分辨率海洋模式水平分辨率由1/10°提升至1/32°，并实现了全球海浪-潮流-环流耦合。新的模式命名为全球1/32°海浪-潮流-环流耦合海洋模式（FIO-COM32）。这为下一代业务化预报系统建设打下了坚实的基础。论文2023年3月28日发表于国际高端期刊《Geoscientific Model Development》（https://doi.org/10.5194/gmd-16-1755-2023），乔方利研究员为通讯作者。 首先，随着分辨率由1/10°提升至1/32°，模式的计算量和内存开销将分别增加约32倍和10倍，对模式研发与运行提出了巨大的技术挑战。该课题组通过设计四级并行框架，突破了高效并行计算技术瓶颈；通过IO二次剖分和多进程归集，突破了IO技术瓶颈。 模式分辨率的提升对地形岸线的解析、涡旋现象的模拟等都有本质性改进。新的高分辨率模式能够模拟更丰富的海洋涡旋现象，显著改进了模式对涡动能的模拟能力，尤其在黑潮和湾流等西边界强流区域，所模拟的强流路径与形态均有较大提升，涡动能的均方根误差随之大幅降低。 其次，即使分辨率提升至全球1/32°，夏季上层海洋混合不足的问题依然存在，图中显示模式与Argo观测的夏季混合层深度存在显著的偏浅问题，这是国内外海洋环流模式的共性问题。基于本研究组原创的浪致混合理论，将浪致混合方案Bv引入到新模式，显著改进了夏季混合层深度模拟，首次实现了高分辨率海浪-潮流-环流的耦合。 以往国内外超高分辨率海洋模式与卫星观测的海面高度数据对比显示，两者的中尺度波数谱斜率存在明显差异，这是一个困扰了物理海洋学领域多年的科学难题。基于建立的新型模式，该课题组首次在全球尺度科学阐释了该差异是由于海洋环流模式中未引入潮流而引起的。通过引入天体引潮力实现潮流-环流耦合，全球模式中激发的内潮和惯性重力波所致的海面起伏显著改进了模式的中尺度波数谱斜率。在乔方利研究员带领下，经过几十年的不断探索，该研究组打破了国内外海浪、潮流、环流分治的传动动力学框架，在国际上首次提出海浪、潮流、环流等多运动形态耦合建模的学术思想。该论文清晰表明，耦合建模是未来海洋模式发展的正确道路。 在联合国“海洋十年”框架下，乔方利联合欧美等25个国家34家海洋研究机构和3个国际组织，于2022年发起了“海洋与气候无缝预测（OSF）”大科学计划。该论文的发表标志着OSF又迈上了一个新台阶。  
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